Инженерно-геологические изыскания (стр. 2 из 3)
Способ бурения с промывкой глинистым раствором и водой.
Промывка при бурении скважин производится для:
а) очистки забоя от разбуренной породы и выноса её на поверхность или в шламовую трубу;
б) охлаждения породоразрушающего инструмента;
в) закрепления неустойчивых стенок скважины.
Существует два основных способа промывки скважин: прямой и обратный.
При прямой промывке скважин жидкость насосом по нагнетательному шлангу подается к забою по бурильной колонне, охлаждает породоразрушающий инструмент, омывает забой и поднимается по кольцевому пространству между стенками скважины и колонной бурильных труб, транспортируя на поверхность разбуренную породу.
После выхода из скважины промывочный раствор пропускают по системе желобов и отстойников для очистки его от частиц породы. Очищенный раствор вторично нагнетается в скважину.
При обратной промывке раствор нагнетается к забою по кольцевому зазору между бурильной колонной и стенками скважины и поднимается к поверхности вместе с выбуренной породой внутри бурильных труб. В этом случае устье скважины должно быть герметизировано и оборудовано специальным сальником, позволяющим колонне труб вращаться и иметь поступательное движение, но в тоже время не пропускающим жидкость.
Раствор вследствие малого сечения бурильных труб поднимается с большой скоростью и быстро выносит на поверхность частицы породы. Однако такая промывка неприменима, если происходит поглощение промывочной жидкости. В настоящее время при бурении применяется в основном прямая промывка, а для лучшего выноса разбуренной породы употребляются глинистые растворы.
При бурении твердосплавным инструментом мягких и рыхлых грунтов используют ребристые коронки КР-1, КР-2, КР-4 и КР-5, обеспечивающие большой кольцевой зазор между стенками скважины и колонковым снарядом, который способствует эффективному выносу разбуриваемой породы промывочной жидкостью.
При бурении мягких и рыхлых грунтов в качестве промывочной жидкости применяют глинистый раствор со следующими параметрами:
Удельный вес 1,1...1,2 г/см3.
Вязкость 25...28 сек по СПВ-5.
Водоотдача 10...15 см3 за 30 мин.
Содержание песка не более 4%.
Заклинку керна производят путем «затирки всухую», для чего необходимо бурение последних 5...10 см вести без промывки. С целью предохранения бурового снаряда от зашламования следует применять промывочный ниппель, позволяющий осуществлять призабойную циркуляцию промывочной жидкости после заброски в него шарика.
Способ бурения «всухую».
При проходке полускальных, песчаных и глинистых грунтов колонковым способом «всухую» в качестве бурового снаряда применяют колонковые трубы длиной 1,5 м и диаметром 89, 108, 127, 146 и 168 мм с твердосплавными коронками типов МР-2НГТ (для полускальных грунтов) и КР (для песчаных и глинистых грунтов). В отдельных случаях (при проходке легко буримых супесей, суглинков и т.д.) применяются колонковые трубы длиной 3,0 м.
Бурение колонковым способом «всухую» ведется укороченными рейсами (длина рейса в зависимости от буримости проходимых грунтов колеблется от 2,0 до 2,5 м).
Параметры бурения устанавливают следующие: скорость вращения инструмента 80...150 об/мин, давление на забой - 300-600 кг.
Рис. 1.3. Схема колонкового бурения: 1 – керн; 2 – коронка; 3 – трубка колонковая; 4 – трубы бурильные.
Вибрационное бурение.
Основано на внедрении в породу кольцевого наконечника - виброзонда. Виброзонд представляет собой трубу диаметром 40...200 мм, длиной 0,5...3 м; по всей длине труба имеет одну или несколько прорезей для очистки зонда от породы; нижний конец трубы снабжен кольцом с острой режущей гранью. Внедрение в грунт такого наконечника происходит благодаря тому, что под действием вибрации зонда в очень сильной степени ослабевает лобовое и боковое сопротивление грунта и зонд под действием собственного веса и веса вибратора погружается в грунт. В качестве забойного инструмента также может использоваться грунтонос - для получения проб грунта не нарушенной структуры и желонка - для проходки малосвязанных сыпучих пород, плывунов и водонасыщенных пород. Вибробурение относится к перспективным методам, обладает высокой производительностью, может применяться при проходке глин, суглинков, супесей, песков, гравелисто-галечниковых грунтов. Выгоднейшая глубина бурения этим способом 15-20 м. Виброметод дает возможность отобрать, образцы грунта с ненарушенной структурой, но затрудняет фиксацию уровня подземных вод.
Геофизические методы используют при инженерно-геологических исследованиях состава и свойств пород и геологических явлений, как правило, при инженерно-геологической съемке. Наиболее широкое применение в практике изысканий нашли следующие методы: электрические, сейсмические, радиационные, магнитные, термометрические.
Геофизические методы существенно ускоряют и повышают качество и точность инженерно-геологической съемки. Эти методы используют для изучения в естественных условиях процессов и явлений, происходящих в горных породах, а также для изучения физико-механических свойств горных пород, распределения этих свойств в пространстве и изменения их во времени.
Электроразведкаосновывается на изучении условий прохождения электрического тока в различных грунтах. При этом используются либо естественные, либо искусственные электромагнитные поля. Поскольку одним из основных параметров горной породы является ее удельное электрическое сопротивление, то, измеряя его, можно получить геоэлектрический разрез, который имеет прямую однозначную связь с геологическим.
С помощью электроразведки производят уточнение геологического разреза при съемке, определяют мощность водоносных пластов и глубину водоупоров, мощность выветрелой зоны у скальных пород, положение древних речных долин, полостей и воронок в закарстованных породах, устанавливают положение трещиноватых зон и тектонических разломов, определяют границы и свойства многолетних мерзлых пород.
Сейсмическая разведкаоснована на наблюдениях за скоростью распространения упругих волн в земной коре, вызванных искусственными сотрясениями (взрывами, ударами). В результате взрыва в грунте возникают упругие волны – продольные и поперечные. Скорость распространения упругих волн в грунтах зависит от их минерального состава, структуры, трещиноватости, влажности и т. п. В песках, например, скорость колеблется от 0,2 до 1,5 км/с, в глинах 1-3 км/с, в известняках 3-6 км/с, во влажной породе скорость больше, чем в сухой породе. Характер и скорость распространения упругих волн наблюдают на поверхности земли специальными приборами – сейсмоприемниками, располагаемыми по прямым – профилям. Если линия профиля проходит через точку взрыва, тогда профиль называют продольным, если она располагается произвольно по отношению к нему – поперечным.
Применение методов ядерной физики при инженерно-геологических исследованиях основано на измерении интенсивности естественных и искусственных излучений. Для изучения таких важных свойств пород, как влажность и плотность, применяют радиационные методы, основанные на измерении поглощающей способности горных пород при прохождении различных излучений.
Магнитные методы основаны на измерении особенностей магнитного поля Земли и магнитных свойств горных пород. Магнитные свойства массивов горных пород резко изменяются в зонах тектонических разломов и трещиноватости, а также в зонах геодинамической нестабильности горных пород. По данным магнитной разведки устанавливают генезис и состав пород.
Термометрические методы нашли широкое применение при изучении криогенных физико-геологических процессов и явлений в районах многолетней мерзлоты.
В практике инженерных изысканий для решения практических задач инженерной геологии часто приходится использовать сразу несколько принципиально различных геофизических методов. Применение комплекса геофизических методов является весьма эффективным средством для однозначного решения задач по изучению свойств пород и инженерно-геологических процессов. В настоящее время происходит интенсивное развитие и внедрение геофизических методов в практику инженерно геологических изысканий и исследований.
3. Определение модуля деформации удельного сцепления и угла внутреннего трения в полевых условиях по результатам динамического зондирования
Динамическое зондирование - процесс погружения зонда в грунт под действием ударной нагрузки (ударное зондирование) или ударно-вибрационной нагрузки (ударно-вибрационное зондирование) с измерением показателей сопротивления грунта внедрению зонда.
3.1. Сущность метода
3.1.1 Испытание грунта методом динамического зондирования проводят с помощью специальной установки, обеспечивающей внедрение зонда ударным или ударно-вибрационным способом.
3.1.2 При динамическом зондировании измеряют: глубину погружения зонда h от определенного числа ударов молота (залога) при ударном зондировании; скорость погружения зонда v при ударно-вибрационном зондировании.
По данным измерений вычисляют условное динамическое сопротивление грунта погружению зонда р_d.
3.2 Оборудование и приборы
3.2.1 В состав установки для испытания грунта динамическим зондированием должны входить: зонд (набор штанг и конический наконечник); ударное устройство для погружения зонда (молот или вибромолот); опорно-анкерное устройство (рама с направляющими стойками); устройства для измерения глубины погружения зонда или скорости погружения зонда.