Специальные инженерно-геологические исследования под строительство комплекса сооружений Серебрянского цементного завода в Михайловско

Из пробуренных скважин  в процессе бурения отбираются  пробы нарушенной структуры  и  монолиты. Они отбираются из четвертичных отложений для определения физико-механических свойств грунтов в лаборатории: влажность, плотность пород, граница  текучести  и раскатывания, деформационные и прочностные характеристики.

Перед отбором проб ненарушенной структуры  из скважины, забой тщательно  зачищают от шлама. Затем грунтонос  осторожно опускают на забой и  задавливают на глубину соответствующую  желаемой высоте монолита:

• на сжимаемость и сопротивление  сдвигу керн высотой 20-25 см;
• для остальных показателей - керн высотой равной диаметру.

Затирка монолита и отрыв  его от забоя производится резким поворотов снаряда с одновременным  нажимом на забой. Грунтонос поднимают  плавно без толчков и ударов, затем  извлекают монолит. Очищают от шлама  и срезают нарушенные его концы. Перед парафинированием небольшой  выемкой отмечают верх монолита. Затем  оборачивают его в 2-4 слоя марли, пропитанной разогретым парафином. Наверх образца, между слоями парафина кладут этикетку, а вторую прикрепляют  с боку. Упаковка в ящике должна быть, с заполнением свободного пространства между монолитами влажными опилками. Ящики нумеруются, снабжаются надписями  и адресами получателя и отправителя. Общий вес ящика с образцами  не должен превышать 40 кг.

Срок хранения монолитов  в специальных хранилищах с момента  отбора до начала лабораторных исследований не должны превышать 3 месяца.

 

2.2.4. Полевые  испытания грунтов статическим  зондированием

 

Для определения сопротивления  грунта производились полевые испытания  методом статического зондирования в соответствии с ГОСТ 19912-2001.⁶

Испытание грунта методом  статического зондирования проводились  с помощью специальной установки С-979, обеспечивающей вдавливание зонда в грунт.

При статическом зондировании по данным измерения сопротивления  грунта под наконечником зонда и  на боковой поверхности зонда  определялись:

• удельное сопротивление грунта под наконечником (конусом) зонда q_с;
• общее сопротивление грунта на боковой поверхности Q_s (для зонда типа I);
• удельное сопротивление грунта на участке боковой поверхности (муфте трения) зонда f_s (для зонда типа II).

Методика  выполнения испытаний

Статическое зондирование осуществляется путем вдавливания в грунт  ручным или механическим способом зонда, представляющего собой металлическую  штангу с наконечником в виде конуса диаметром от 33 до 77 мм. Штангу наращивают по мере погружения в грунт. В соответствии с нормативными требованиями скорость погружения зонда в грунт должна быть не более V = 0,5 м/мин при диаметре конического наконечника 36 мм и с углом при вершине 60°, что соответствует поперечному сечению 1,0 м.

Скорость погружения зонда  в грунт составляла 1,2 ±0,3 м/мин. Глубина  погружения зонда фиксировалась  визуально с точностью до 0,5 см. Сопротивление грунта регистрировалось динамометрами и манометрами  через каждые 10 см погружения. Зондирование проводилось на глубину 15—20 м до достижения нагрузки 10 тс на зонд в  целом или 5 тс на конус.

После окончания испытаний  зонд извлекался из грунта. А скважина тампонировалась.

 

2.2.5. Опытно-фильтрационные  работы

 

Проведено 4 экспресс-откачки в скважинах. Экспресс-откачки проводились с целью определения фильтрационных характеристик грунтов.

Откачки проводились по окончанию  разведочного бурения, в открытых стволах  разведочных скважин в кровле водоносного горизонта. Интервал опробования  в скважинах находился с 10.18 по 13.70 м. Откачка поводилась желонкой. Так же были отобраны пробы воды на коррозионную активность и хим. состав. Результаты приведены в следующем параграфе.

 

2.2.6. Лабораторные  работы

 

Объем и состав лабораторных работ определяется необходимостью исследования всех геологических и  гидрогеологических характеристик  пород слагающих участок проектируемого объекта.

Лабораторные исследования заключаются в определении физико-механических свойств проб ненарушенной структуры (монолиты), а так же в проведении химических анализов проб воды.

Предусматривается проведение следующих видов анализов:

1. Определение естественной влажности весовым способом; определение плотности пород методом режущих колец; определение числа пластичности (по ГОСТ 5180-84)⁷;
2. Определение гранулометрического состава (по ГОСТ 12536-79)⁸;
3. Определение набухания и усадки (по ГОСТ 24143-80)⁹;
4. Определение прочностных характеристики деформационных свойств грунтов (по ГОСТ 12248-96¹⁰);
5. Определение коэффициента пористости расчетным методом.

Камеральная обработка материалов инженерно-геологических изысканий  заключалась в построении графических  приложений, статистической обработке  физико-механических характеристик  грунтов и составлении пояснительной  записки.

Обработка результатов лабораторных испытаний в соответствии с ГОСТ 20522-96¹¹.

 Классификация грунтов  производилась в соответствии  с требованиями ГОСТ 25100-95. Установление  нормативных и расчётных показателей  физико-механических свойств грунтов  произведено в соответствии с  СНиП 2.02.01-83¹² при доверительной вероятности 0,85 и 0,95.

Компрессионные испытания - ГОСТ 12248-96.

Испытания грунта методом компрессионного  сжатия проводят для определения  следующих характеристик деформируемости:

• коэффициента сжимаемости то;
• модуля деформации Е;
• структурной прочности на сжатие P_st_r;
• коэффициентов фильтрационной и вторичной консолидации Cv и Cα для песков мелких и пылеватых, глинистых грунтов с показателем текучести I_l>0.25, органоминеральных и органических грунтов, относительного суффозионного сжатия и начального давления суффозионного сжатия P_st для засоленных песков, супесей и суглинков.

Эти характеристики определяются по результатам испытаний образцов грунта в компрессионных приборах (одометрах), исключающих возможность бокового расширения образца грунта при его  нагружении вертикальной нагрузкой.

Результаты должны быть оформлены  в виде графиков зависимостей деформации от нагрузки и их изменения во времени.

Для испытания используют образцы  ненарушенного сложения с природной  влажностью или водонасыщенные или  образцы ненарушенного сложения с заданными значениями плотности  и влажности.

Образец должен иметь форму цилиндра диаметром не менее 71 мм и отношение  высоты к диаметру 1:3.5.

Нагружение испытуемого образца  проводят равномерно, без ударов ступенями  нагрузки.

Первую ступень давления Pi при  испытании песков, в том числе  заторфованных, принимают в зависимости  от коэффициента пористости е по таблице 5.8 (ГОСТ 12248-96), а последующие ступени давления Р; принимают равными 0.125; 0.025; 0.50; 0.1 МПа и далее с интервалом 0.1 МПа до заданного значения нагрузки.

При испытании глинистых грунтов  для определения их структурной  прочности на сжатие P_st первую и последующие ступени давления принимают равными 0.0025 МПа до момента начала сжатия образца грунта.

Начало сжатия следует считать  при относительной вертикальной деформации образца грунта ξ>0.005.

Порядок испытания следующий.

1. Взвесить (Q₀) измерить ее высоту (h₀) диаметр, вычислить площадь (F) и объем (V) и все данные занести в журнал.

2. Гладко зачистить поверхность  монолита испытуемого грунта. Одновременно, понемногу нажимая на верхний  край кольца, насадить его на  столбик грунта, не допуская переноса.

3. Кольцо тщательно очистить  от приставших частиц грунта, взвесить кольцо с грунтом  (Q₁).

4. Взять среднюю пробу  размельченного грунта m=200г. для  замеса и 10 г. для определения влажности (W₁).

5. Пробу для замеса  взвесить. Вычислить из массы  чашки с грунтом массу пустой  чашки, определить m грунта (g₁).

6. Вычислить массу грунта (g) при заданной плотности g=Vr, где

V-объем кольца, см³;  r- объемная масса при влажности W₀,г/см³

7. Вычислить массу g = W₀ g₁/ W₁.  

8. Подвести к заключенному  в прибор образцу воду через  трубу в основании.

9. Оставить прибор на 24 часа до полного насыщения  водой.

10. Во время насыщения  следить за показателями измерительного  прибора.

11. Приступить к определению  компрессии грунта путем приложения  нагрузок ступенями. Первую ступень  довести до 1 кг/см².

12. Ввести наблюдения по  индикатору, отчеты брать через  1,2,3,4,5,10,15,20,30 мин 1,2,3,6,12 ч. Нагрузку  выдержать до условной стабилизации  осадки.

13. Вторая и третья ступень  равна 2 и 3 кг/см², повторяем наблюдения.

14. По достижению стабилизации  осадки после последней ступени  нагрузки удалить из прибора  всю воду и приступить к  разборке прибора.

15. Сухой бумагой осушить  грунт в кольце от видимых  следов  воды  и взвесить (Q₂).

За критерий условной стабилизации деформации принимают скорость деформации образца, не превышающую 0.01 мм за последние 4 часа наблюдений для песков, 16 часов - для глинистых и 24 ч - для органоминеральных и органических грунтов.

По результатам компрессионных испытаний следует определять:

• величину абсолютной деформации грунта (h, мм);
• величину относительной деформации грунта по формуле:

 

где ε - относительная деформация грунта; n₁ и n₀ - показания индикатора; m - поправка компрессионного прибора; h - первоначальная высота образца, см.

Коэффициент уплотнения рассчитывается в соответствии с формулой:

 

где а - коэффициент уплотнения; е - коэффициент пористости соответствующий  давлению; Р - давление (нагрузка), кг.

Модуль деформации в соответствии с формулой равен:

 

где Е - модуль деформации, кгс/см ; β - поправочный коэффициент, учитывающий  отсутствие бокового расширения.

По величине относительной деформации строят график ее зависимости от давлений: ε = f(Р) - компрессионная кривая.

Определение сопротивления сдвигу в условиях завершенного уплотнения – ГОСТ 12248-96

Образцы на сдвиг отбираются только из монолита. Перед сдвигом образец  предварительно уплотняют на специальных  уплотнителях. После уплотнения образец  переносят в сдвиговой прибор. Прикладывают нормальную (вертикальную) и касательную (вбок) нагрузку ступенями. Все изменения фиксируются по индикаторам и заносятся в  журнал.

Сущность опыта заключается  в срезе (сдвиге) одной части образца  относительно другой при одновременном  нагружении образца нагрузкой, нормальной к плоскости среза.

При испытании определяют сопротивлении  грунта срезу (τ), угол внутреннего трения (φ), удельное сцепление (С).

По результатам испытаний строят график зависимостей:

τ = f (P),

где Р - нормальное вертикальное напряжение, кгс/см².

Порядок испытаний следующий.

1. Отобрать из монолита грунт в кольцо.

2. Удалить из ванны воду и вынуть уплотненный образец с обоймой.

3. В углубление прибора заложить вкладыш шипами вверх. Поставить в рабочее положение и зажать винтами. Вставить обойму с грунтом в кольцо.

4. На образец грунта в обойме положить верхний вкладыш шипами к грунту. На вкладыш поставить штамп, и слегка нажимая на него осадить образец грунта в каретку.

5. Привести индикатор  в рабочее положение и закрыть  его винтом.

6. Величину горизонтального   τ подсчитывать с учетом отношения  плечей ворота f=1/10 и площадь сдвига F=40см2, τ=Q f / F,

где Q-вес грунта на подвеске рычага горизонтального усилия.

7. Приложив первую ступень  нагрузки следить за показателями  до прекращения деформации сдвига  считать скорость, не превышающую  0,01 м/мин. По достижении условной стабилизации приложить к образцу вторую ступень нагрузки, затем добавить третью ступень и т.д.

8. По достижении роста  деформации без увеличения сдвигающего  усилия опыт считать оконченным.