Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

При проведении инженерно-геологических изысканий для изу­чения физико-механических свойств грунтов существуют методы, при которых буровая скважина и геологическая информация могут быть получены без удаления и извлечения на поверхность разру­шенной породы. Для этой цели применяют специальный инстру­мент — конический зонд. При внедрении зонда порода не удаляет­ся из скважины на поверхность, а, раздвигаясь, уплотняется в стенки скважины.

В зависимости от характера погружения зонда в грунт выделяют три разновидности бурения внедрением инструмента:

статическое вдавливание (бурение задавливанием, статическая пенетрация, статическое зондирование);

^ вдавливание с медленным вращением (винтобурение);

забивное погружение инструмента (динамическая пенетрация, динамическое зондирование).

Динамическое зондирование в зависимости от условий передачи энергии удара на зонд подраз­деляют на ударное и ударно-вибрационное.

Ударный метод бурения заключается в по­гружении конического наконечника в грунт та­рированными ударами (молотом) с измерением числа ударов и глубины погружения зонда. Ко­нический наконечник может соединяться с бу­рильными трубами с помощью резьбы или паль­ца (рис. 8.17, а).

Рис. 8.17. Наконечники для бурения задавливани — ем (а) и винтобурения (б)

Динамическое зондирование осуществляют в песчано-глинистых грунтах с содержанием крупнообломочного материала не более 40 % по массе. Такое зондирование невозможно прово­дить в фунтах всех видов. В мерзлом состоянии этот метод применяют в сочетании с другими видами инженерно­геологических исследований с целью установления геологического раз­реза пород, определения глубины залегания кровли скальных и крупно­обломочных пород, исследования изменчивости состава и свойств фун­тов по глубине и простиранию, определения приблизительной коли­чественной оценки показателей физико-механических свойств фунтов (плотности сложения модуля деформации, угла внутреннего трения и др.).

Для ударного зондирования применяют три типа установок, ха­рактеристика которых приведена в табл. 8.7. Чаще всего при ударном зондировании используют конический зонд диаметром 74 мм с углом при вершине, равным 60°, и бурильные трубы диаметром 42 мм.

Таблица $.7. Характеристика установок для ударного зондирования Тип установок Параметры Масса молота, кг Высота падения, м Энергия удара, Дж Легкие 30 0,4 118 Средние 60 0,8 470 Тяжелые 120 1,0 1180

При динамическом ударном зондировании производят забивку зон­да в фунт свободно падающим молотом сериями (залогами) опреде­ленного числа ударов. После каждого залога измеряют глубину пофу — жения зонда. Число ударов в залоге должно быть от 1 до 20, в зависимости от состава и состояния фунтов, исходя из условия по — фужения зонда за залог на глубину 10—15 см.

Условное динамическое сопротивление фунтов Рг (в Па) вычис­ляют по формуле

Рл = Ак/п/к, (8.8)

где А — удельная энергия зондирования, кН • м; к — коэффициент учета потерь энергии при ударе молота о наковальню и на упругие дефор­
мации штанг; / — коэффициент учета потерь энергии на трение труб

о грунт; п — число ударов в залоге; А — глубина погружения зонда за залог, м.

При полевых испытаниях грунтов ударным зондированием для обеспечения высокой производительности и качества работ следует применять легкие, средние и тяжелые установки, в зависимости от условного динамического сопротивления грунтов. Для ударного зон­дирования чаще применяют установки УБП-15, БУЛИЗ-15, УГБ-50М, БУКС-ЛГТ, АВБ-2М и др.

Ударно-вибрационное зондирование, являющееся разновидностью динамического зондирования, применяют для тех же целей, что и ударное зондирование. Испытания грунтов ударно-вибрационным зондированием проводят с применением буровой установки АВБ-2М до глубины 20 м. При этом используют конический зонд диаметром 100 мм и бурильные трубы диаметром 63,5 мм. На установке устанав­ливают автоматическое устройство для регистрации скорости и глу­бины погружения зонда в грунт.

При ударно-вибрационном зондировании, так же как и при удар­ном, определяют условное динамическое сопротивление грунтов Ря (Па), которое рассчитывают по эмпирической формуле:

Р, = КВКП/У, (8.9)

где Кв — безразмерный коэффициент, учитывающий потери энергии при ударно-вибрационном зондировании (варьирует от 0,74 до 0,62 при изменении интервала зондирования от 1 до 20 м); Кп — коэф­фициент, учитывающий параметры применяемого оборудования (для АВБ-2М Кп = 224 • 103 Н/(м • с)); V— скорость ударно-вибрационного зондирования, м/с.

Статическое зондирование осуществляют или самостоятельно, или в сочетании с другими видами инженерно-геологических исследова­ний для тех же целей, что и динамическое зондирование. Применяют этот метод только в рыхлых однородных породах, в которых содержа­ние частиц крупнее 10 мм составляет не более 25 % по массе. Метод также не применим во всех видах грунтов в мерзлом состоянии.

Сущность метода заключается в плановом вдавливании (погруже­нии) конического зонда в грунт под действием вертикальной нагрузки. Необходимую информацию получают по зависимостям скорости по­гружения инструмента от прикладываемых усилий, а также от тензо — метрических и радиометрических датчиков, укрепленных на вдавлива­емом конусе. При вдавливании зонда проводят измерение удельного сопротивления грунта под наконечником (конусом) g3, мПа; сопро­тивление грунта на боковой поверхности зонда 03, кН; или удель­ное сопротивление грунта на боковой поверхности (муфте трения) зонда /, кПа.

Для испытания грунтов статическим задавливанием применяют установки, состоящие из следующих основных узлов: зонда (наконеч­ника и штанги), устройства для вдавливания и извлечения зонда,

Рис. 8.18. Схема конструкций зондов: / — конус; 2— кожух; 3 — штанга; 4— муфта трения; 5—уширитель

опорно-анкерного и измерительного устройств. В зависимости от кон­струкции наконечника зонды подразделяются на три типа (рис. 8.18):

V I тип — с наконечником из конуса и кожуха;

✓" II тип — с наконечником из конуса и муфты трения;

V III тип — с наконечником из конуса, муфты трения и расши­рителя.

Угол при вершине конуса зондов всех типов должен составлять 60°, диаметр зондов в зависимости от решаемой задачи может быть 36— 80 мм.

В СКВ «Геотехника» при методическом руководстве ВСЕГИНГЕО разработана пенетрационно-каротажная станция СПК-Т, позволяю­щая залавливать зонд на глубину до 30 м с усилием до 190 кН. Такое усилие создается весом установки и гидравлической системой подачи, реализовать усилие которой позволяют анкерные винты, завинчива­емые в грунт на глубину до 3 м.

В состав станции также входит комплекс измерительной и регист­рирующей аппаратуры типа МАК, составляющий из измерительного зонда с различными первичными преобразователями, беспроводного электрического канала связи, приемного устройства и полевого вы­числительного комплекса ПВК.

Зонды с различным сочетанием первичных преобразователей в про­цессе углубки скважины позволяют определить лобовое сопротивле­ние породы наконечнику зонда, трение по боковой поверхности зон­да и температуру породы, а также проводить следующие виды каро­тажа: нейтрон — нейтронный (ННК), гамма — гамма (ГГК), гамма (ГК), электрокаротаж и пассивный акустический каротаж.

Полученная с измерительных зондов информация позволяет опре­делить:

•/ деформационно-прочностные свойства пород, в том числе про — садочность;

✓ состояние почвогрунтов (подтопление и переосушение);

✓ плотность пород;

✓ литологическое строение разреза;

✓ объемную влажность, пористость;

✓ кислотно-щелочные свойства;

✓ температуру и тепловые характеристики пород;

✓ зону аэрации;

У уровень грунтовых вод;

У фильтрационные свойства пород;

✓ особенности загрязнения подземных вод по площади и глубине;

У техногенные изменения свойств грунтов.

При установке на конусном наконечнике винтовой лопасти в один виток (см. рис. 8.17, б) и одновременном с задавливанием медленном вращении инструмента винт, врезаясь в породу, создает дополнитель­ное тяговое усилие, что позволяет увеличить глубину внедрения до 40 м. Такой вид бурения получил название винтобурение.

Другой путь увеличения глубины задавливания — снижение сил бо­кового трения путем подачи в скважину выше конического наконеч­ника жидкости, которая снижает коэффициент трения и повышает устойчивость стенок скважины. Такое решение, предложенное в США, позволяет увеличить глубину пенетрации при усилии 100 кН с 15 до 100 м.

Комментарии запрещены.