Установка с центральным анкером

а) с анкерной плитой б) с лопастями

Установка с анкерными сваями

1 - образец фундамента; 2 - силоизмерительное устройство; 3 - анкерная тяга; 4 - анкерная свая; 5 - анкерная плита; 6 - система упорных балок; 7 - подошва слоя сезонного промерзания-оттаивания грунта; 8 - анкерная тяга с лопастями (для районов распространения вечномерзлых грунтов)

0бразец фундамента изготавливают в виде железобетонной стойки квадратного сечения 20*20 и 30*30 см. Размеры поперечного сечения и длину образца определяют в зависимости от вида грунта слоя сезонного промерзания-оттаивания и глубины его промерзания.

После монтажа анкерного устройства в котлован (скважину, шурф) погружают вертикально образец фундамента на глубину, равную нормативной глубине сезонного промерзания-оттаивания. Верх образца должен выступать над поверхностью грунта не менее чем на 0, 5 м. Обратную засыпку котлована следует выполнять с послойным трамбованием грунта слоями высотой не более 0, 1 м.

В районах распространения вечномерзлых грунтов сроки монтажа установки должны быть назначены из условия обеспечения смерзания нижних концов анкерных свай с вечномерзлым грунтом основания до начала сезонного промерзания грунта.

Верх образца фундамента необходимо выровнять жестким цементным раствором. В случае применения анкерного устройства с центральной тягой зазор между тягой и центральным отверстием в образце следует заполнять смазкой (например, солидолом, техническим вазелином). Не допускается попадание в зазор цементного раствора.

Установку силоизмерительных приборов следует производить не ранее чем через 10 дней после погружения образца фундамента. При этом должно быть обеспечено плотное примыкание прибора к образцу и анкерному устройству.

Все работы по монтажу установки должны быть выполнены до начала промерзания грунта (в период положительных температур воздуха).

Снятие показаний динамометров с записывающим устройством или измерение глубины отпечатков на верхней пластине шарикового индикатора производят после промерзания грунта на всю глубину сезонного промерзания-оттаивания.

Удельную касательную силу морозного пучения , МПа (кгс/см), вычисляют по формуле

где - максимальная касательная сила морозного пучения, зарегистрированная показаниями приборов, МН (кгс); - периметр поперечного сечения образца фундамента, м; - глубина сезонного промерзания (оттаивания) грунта, м; - вес образца фундамента, МН (кгс).

Геофизические работы

Геофизические исследования при инженерно-геологических изысканиях выполняются на всех стадиях (этапах) их ведения, как правило, в сочетании с другими видами инженерно-геологических работ с целью:

· определения состава, мощности, льдистости рыхлых четвертичных (и более древних) отложений;

· выявления литологического строения массива горных пород, тектонических нарушений и зон повышенной трещиноватости и льдистости;

· определения глубины залегания поверхности и подошвы массивов многолетнемерзлых грунтов;

· определения состава, состояния и свойств мерзлых грунтов в массиве, их изменений (во времени и пространстве);

· определения в таликах глубин залегания подземных вод, гидрогеологических параметров грунтов, слагающих водоносные талики;

· выявления и изучения криогенных процессов и их динамики;

· проведения мониторинга опасных криогенных процессов;

· сейсмического микрорайонирования территории;

· определение коррозионной активности грунтов и интенсивности блуждающих токов.

Выбор методов геофизических исследований (основных и вспомогательных) и их комплексирование следует проводить в зависимости от решаемых задач и конкретных инженерно-геокриологических условий.

Для обеспечения достоверности и точности интерпретации результатов геофизических исследований проводятся параметрические измерения на опорных (ключевых) участках, на которых осуществляется изучение геологической среды с использованием комплекса других видов работ (бурения скважин, проходки шурфов с определением характеристик мерзлых грунтов в полевых и лабораторных условиях).

Из различных видов геофизических работ наибольшее распространение получили электроразведка постоянным током, малоглубинная сейсморазведка и различные скважинные исследования.

Электроразведка

Для определения инженерно-геологических характеристик мерзлых пород наиболее широко применяется электроразведка на постоянном токе (ВЭЗ) и электрическое профилирование (ЭП). При вертикальном электрическом зондировании наиболее часто применяется обычный метод, при котором питающие и измерительные электроды находятся в одной плоскости. Реже применяются крестовые или, особенно, круговое электрическое зондирование, которые отличаются повышенной трудоемкостью выполнения.

При помощи ВЭЗ определяются вертикальное строение и мощность вечномерзлых грунтов; литологические особенности грунтов; положение в разрезе наиболее льдонасыщенных зон.

Наилучшие результаты при интерпретации ВЭЗ достигаются в тех случаях, когда оно ведется с использованием параметрических значений удельного электрического сопротивления (УЭС), полученных при каротажных работах в опорной скважине.

Вертикальное электрическое зондирование выполняется с разницами между питающими электродами, в 3-10 раз (в зависимости от состава и свойств грунтов) превышающими глубинность исследований. В некоторых случаях используют установки по схеме ВЭЗ с малыми разносами между питающими электродами (микроВЭЗ), при помощи которых определяют ориентировочную глубину оттаивания грунтов и мощность вечномерзлых грунтов (до определенных пределов). Мерзлое состояние грунта устанавливается здесь по резко повышенным значениям УЭС.

Электропрофилирование применяется для определения границ участков талых и вечномерзлых грунтов, а также для выявления скопления подземных льдов. При помощи электропрофилирования может также прослеживаться по глубине положение границы между талыми и мерзлыми грунтами. Параметры схемы ЭП выбираются на основе материалов, полученных при ВЭЗ в данных конкретных условиях, и с учетом задач, для решения которых ставится электропрофилирование. Обычно шаг ЭП ставится 10-20 м.

Измеряемыми параметрами в электроразведке являются разность потенциалов Δ V на приемных электродах и ток I в питающей цепи. По ним рассчитывается параметр , зависящей как от УЭС горной породы, так и от граничных условий (т.е. геометрии измерительной установки, учитываемой коэффициентом К, и конфигурации границ среды).

Электрический каротаж скважин выполняется по методу КС двумя типами зондов: градиент- и потенциал-зондами.

С помощью электрического каротажа скважин могут быть решены следующие задачи:

· уточнение границ в массиве между грунтами различного состава;

· выделение слоев грунтов с различной криогенной текстурой;

· обнаружение мощных прослоев льда или интервалов с повышенной льдистостью;

· определение общей льдистости грунтов за счет ледяных включений.

Специфика электрического каротажа мерзлых пород заключается в том, что все измерения могут быть проведены только в сухих необсаженных скважинах. Электрокаротаж осуществляется зондами со щеточными электродами, смонтированными на штанге из изолятора.

Сейсмоакустические методы

Малоглубинная сейсморазведка в зависимости от наличия аппаратуры и задач, которые необходимо решать, проводится методом преломленных волн (МПВ) и методом отраженных волн (МОВ) при ручном или механическом возбуждении колебаний в грунте. Методы возбуждения колебаний с помощью взрывов при изысканиях обычно не используются, т.к. ручной и механический методы, как правило, обеспечивают необходимую глубинность исследований.

Основной особенностью сейсморазведки методом преломленных волн является возможность с ее помощью выделения любых контактов в разрезе, если после каждого такого контакта при движении сверху вниз скорости распространения упругих волн увеличиваются. Поэтому, в частности, методом МПВ можно установить положение кровли вечномерзлых грунтов и выделять в разрезе разности грунтов при условии, что с глубиной их температура понижается и льдистость увеличивается.

Если же какой-либо слой характеризуется повышенной льдистостью, а в подстилающих слоях льдистость меньше, то глубинность МПВ будет ограничена отметкой кровли слоя с повышенной льдистостью. Практически наиболее льдистая зона в грунтах находится в интервале глубин от 3-4 до 7-10 м. Поэтому на участках где не развиты подземные льды близко к поверхности, глубинность МПВ ограничивается указанными выше величинами и с помощью этого метода сезонного оттаивания грунтов и кровли льдистых слоев. В случае несливающейся мерзлоты положение кровли вечномерзлых грунтов может быть определено, если глубина их сезонного промерзания не превышает 0, 5 м.

При наиболее благоприятных условиях глубинность сейсморазведки МПВ определяется величиной импульса в результате которого в грунтах возбуждаются сейсмические колебания. При ручном ударе глубинность исследований находится в пределах 40-50 м, а при механическом - может достигать 100 – 120 м. Максимальная глубина, выделяемого контакта составляет соответственно 35 - 40 и 80 – 90м.

Сейсморазведка методом отражённых волн имеет ту же глубинность, что и при использовании МПВ, но максимальная глубина выделяемого контакта совпадает с глубинностью. В отличие от МПВ методом отраженных волн выделяются практически любые контакты в пределах глубины исследования. Поэтому, помимо определения глубины сезонного оттаивания или промерзания грунтов. MOB позволяет выделять в разрезе литологические разности, льдонасыщенные грунты и подземные льды, а также определять положение подошвы вечномерзлых грунтов, если последняя находится в пределах допускаемой глубины исследований.

Интерпретация материалов сейсморазведки, кроме случая выделения первого контакта методом преломленных волн, должна обязательно основываться на данных параметрических измерений скоростей упругих волн в опорных скважинах или же, по крайней мере, на использовании разрезов скоростей упругих волн, полученных при постановке точек сейсморазведки возле скважин.

Скорости упругих волн в мерзлых грунтах значительно превышают скорости в аналогичных по составу и свойствам талых грунтах. Их значения возрастают по мере понижения температуры и увеличения льдистости грунтов. Обычно значения скоростей в мерзлых грунтах в зависимости от тех или иных факторов колеблются в пределах от 1, 0 – 1, 5 до 3 – 4 тыс м/сек, а для подземных льдов иногда достигают значений, характерных для наиболее монолитных скальных грунтов.

Радиоизотопные методы

Радиоизотопные методы при исследованиях мерзлых грунтов в общем комплексе геофизических методов, как правило, применяют для определения плотности, объемной влажности и производных от этих величин показателей грунта, а также оценки содержания в нем глинистых частиц.

Радиоизотопные методы позволяют определять показатели свойств мерзлых грунтов в естественном залегании.

Плотность грунта определяют методами ослабленного и рассеянного первичного гамма-излучения.

Методы определения плотности g грунта основаны на эффекте рассеяния и ослабления гамма-излучения на электронах атомов вещества, из которого состоит грунт.

Метод ослабленного первичного гамма-излучения (метод просвечивания) заключается в измерении и регистрации плотности потока гамма-квантов N _g, прошедшего через исследуемый слой грунта между радиоизотопным источником и детектором гамма-излучения.

Метод рассеянного первичного гамма-излучения заключается в измерении и регистрации плотности потока гамма-квантов N _g, рассеянных при взаимодействии потока первичного гамма-излучения с грунтом.

Объемную влажность W_o грунта определяют методом рассеянного нейтронного излучения (нейтронный метод).

Метод основан на эффекте замедления быстрых нейтронов на атомах веществ (в основном атомов водорода), из которых состоит грунт и зависимости между водородосодержанием среды и влажностью грунта. Нейтронный метод определения объемной влажности заключается в регистрации потока замедленных (тепловых, надтепловых) нейтронов N_w.

Содержание глинистых частиц (глинистость) оценивается по потоку гамма-излучения исходящего из грунта. Метод основан на зависимости между содержанием радиоактивных элементов в грунте и содержанием в нем глинистых частиц.

Погрешность радиоизотопных измерений складывается из случайной и систематической составляющих, которые зависят от следующих факторов:

· аппаратурных (активность и энергетический спектр радиоизотопных источников, эффективность детекторов, взаимное расположение источника и детектора (база) и взаимовлияние различных излучений при одновременном определении плотности и влажности);

· скважинных (диаметр скважины, толщина стенки и материал обсадных труб, затрубные зазоры, уплотнения и каверны в грунте, обводненность скважины);

· грунтовых (химический состав, неоднородность грунта).

Инженерно-геологические элементы, используемые для поверки радиоизотопных приборов, должны быть мощностью не менее 1 м и иметь коэффициенты вариации: по плотности не более 0, 025; по влажности в диапазоне значений: 2-10 % - 0, 1; 10-20 % - 0, 05; > 20 % - 0, 025.

Обработка результатов радиоизотопных измерений производится с целью определения действительных значений плотности g, объемной влажности W_o и оценки вида грунта, а также их производных: плотности в сухом состоянии g _d, природной суммарной влажности W, степени влажности S_r, коэффициента пористости е и т.д.

Результаты радиоизотопных измерений представляют в виде диаграмм N _g = f ( h_i ); N_w = f ( h_i); N _{g e} = f ( h_i ), где h_i - глубина измерений (рис. ).

Пример определения физико-механических свойств мерзлого грунта по данным радиоизотопного каротада

1 - глинистый грунт с валунами - 20 %, с супесью, заполнитель до 40 % гнезда крупного и гравелистого песка, мерзлый, тонкокорковая криотекстура, при оттаивании водонасыщенный; 2 - песок гравелистый, мерзлый. Криотекстура массивная, при оттаивании водонасыщенный

На диаграммах выделяются вертикальные участки с одинаковыми значениями скоростей счета ( N _g, N_w, ), т.е. отклонения от среднего значения не должны превышать 5 % по измеряемому показателю. Затем по среднему значению N _g, N_w, присущему каждому выделенному слою, по градуировочным графикам N _g = f ( g ), N_w = f ( W _о ), определяют действительные значения g, W _о, и приписывают их выделенному слою. После расчленения всех диаграмм на слои и определения действительных значений плотности gи объемной влажности W_о вычисляют производные от этих величин.

Формулы вычисления производных:

· плотность в сухом состоянии (плотность скелета) грунта g _d:

g _d = g - ( W _оg _в )/100,

где g _в - плотность воды;

· суммарная (весовая) влажность ( W _с ):

W _с = ( W _о g _в )/(100 g _d ),

· пористость ( n ):

n = ( D - g _d )/ D,

где D - плотность твердых частиц, принимаемая в зависимости от вида грунта;

· степень влажности S_r:

S_r = W _о / n;

· коэффициент пористости е:

е = ( D - g _d )/ g _d.

Термометрия

Инженерно-геокриологические исследования, выполняемые на площадках проектируемых, строящихся и эксплуатируемых зданий и сооружений, а также на опытных площадках, предназначенных для стационарных наблюдений, должны включать измерения температуры мерзлых, промерзающих и оттаивающих грунтов.

Полевые измерения температуры выполняются в целях:

· получения данных для выбора типов фундаментов сооружений и выполнения расчетов при проектировании;

· получения конкретных значений температуры, используемых при интерпретации результатов геофизических исследований;

· оценки и прогноза устойчивости территорий освоения;

· контроля и оценки изменений, происходящих в тепловом режиме грунтов при осуществлении различных инженерных мероприятий.

Измерения температуры должны выполняться в заранее подготовленных и выстоянных скважинах. Для выполнения температурных измерений при геокриологических исследованиях в основном используются следующие виды измерительных преобразователей температуры: термометры расширения; термоэлектрические термометры; термометры сопротивления металлические и полупроводниковые; полупроводниковые приборы.

При подготовке и проведении термометрии необходимо выполнять работы по снижению суммарной погрешности измерений (инструментальной и дополнительной), обусловленной:

· недостаточной выстойкой скважин после бурения и обустройства;

· конвекцией воздуха в скважине;

· конденсацией влаги на стенках скважин;

· недостаточной выдержкой измерительного преобразователя в скважине;

· неточной установкой термометров по глубине скважины;

· неточностью определения момента фиксации температуры грунта;

· недостаточной изоляцией проводов линий связи дистанционных датчиков температуры;

· разогревом датчиков измерительным током.

Для измерения температуры грунтов следует использовать скважины диаметром не более 160 мм, глубиной более 10м пробуренные колонковым способом без промывки на малых оборотах бурового инструмента или ручным буровым комплектом. Не допускается использовать для измерения температуры грунтов скважины, заполненные водой, рассолом или другой жидкостью.

Скважина в пределах оттаивающего слоя грунта должна быть защищена обсадной трубой - кондуктором, заглубленным в вечномерзлый грунт не менее чем на 0, 5 м.

Без обсадки разрешается использовать только сухие скважины с устойчивыми стенками.

Для инженерно-геокриологических исследований шаг измерения температуры в скважинах следует принимать: в пределах первых 3 м не более 0, 5 м; до глубины 5 м - не более 1 м; ниже - не более 2 м.

При проведении режимных наблюдений на опытных площадках необходимо не нарушать растительный и снежный покров около скважин и на площадке в целом.

После окончания температурных измерений в полученные значения температур должны быть внесены инструментальные поправки, выявленные в результате поверки термодатчиков и измерительных приборов, и учтены дополнительные погрешности измерений, которые оцениваются расчетным или опытным путем применительно к конкретным условиям их проявления.

Результаты наблюдений за температурой грунтов оформляются в виде:

– сводной ведомости значений температуры грунтов, скорректированных с учетом инструментальных и дополнительных поправок;

– графика распределения температуры по глубине для одноразовых измерений температуры или графика термоизоплет – для длительных (режимных) наблюдений согласно приложению 5 ГОСТ 25358-82.

Графики изотерм следует, как правило, совмещать с геологическим разрезом, на котором показываются также границы раздела талых и мерзлых грунтов, полученные средствами инженерно-геологических и геофизических работ, с указанием даты проведения этих работ.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 6 789 Следующая ⇒