Работы в составе инженерно-геологических изысканий

Размещено на http://www.allbest.ru/

Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова

РАБОТЫ В СОСТАВЕ ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИЗЫСКАНИЙ

Основной целью инженерно-геологических изысканий является получение информации достаточной для качественного проектирования оснований зданий и сооружений. Известно, что на качество инженерно-геологических результатов влияют такие факторы как технология бурения и отбора монолитов, подготовка образцов грунта, требования нормативных документов и, главным образом, методы лабораторных и полевых испытаний.

Цель настоящей работы сводится к рассмотрению состава работ полевых и лабораторных исследований по нахождению прочностных и деформационных характеристик грунтов.

В практике инженерно-геологических изысканий большинство показателей грунта определяют как полевыми, так и лабораторными исследованиями. Полевые методы изучают свойства пород при естественных условиях залегания, требуют относительно сложного оборудования и значительных объемов подготовительных работ.

Лабораторные методы, наряду с возможностью изучения свойств грунтов естественного сложения, то есть из монолитного образца, позволяют при проведении исследований создать условия, в которых грунт будет находиться как в процессе строительства, так и в процессе эксплуатации сооружений. инженерный изыскание геологический здание

Наиболее точное определение прочностных и деформативных характеристик влияет на дальнейший расчет несущей способности оснований и выбор типа фундамента, поэтому лабораторные и полевые методы применяют в комплексе.

При выборе типа фундаментов, прежде всего, учитываются лабораторные испытания проб полученных при проходке горных выработок. Основными методами проходки горных выработок является шурфование, то есть устройство открытых колодцев, и бурение скважин с отбором образцов в соответствии с ГОСТ 12071-84. При шурфовании роют отдельные колодцы - шурфы, позволяющие брать пробы с ненарушенной структурой и осматривать грунт в условиях природного залегания. На основании исследований составляются геологические разрезы, дающие представление о геологическом строении участка и являющиеся исходным материалом для расчета основания. К недостаткам шурфования следует отнести большой объем земляных работ и их сложность при глубоких выемках. По сравнению с шурфованием способ бурения грунтов является наиболее дешевым и быстрым. При помощи специального бурового инструмента в толще грунта делают цилиндрические отверстия -- буровые скважины. Образцы грунтов отбираются из скважины через каждые 0,5 м.

К лабораторным исследованиям механических свойств грунтов относят испытания монолитных образцов на приборе-одометре, определяющего деформативную характеристику (модуль деформации), который является основой для определения величины осадки здания или сооружения. Сущность метода заключается в натурном моделировании процесса деформировании (уплотнения) грунта под нагрузкой, отвечающей нагрузке проектируемого сооружения.

Другими лабораторными исследования проб грунтов, взятых из единого образца, служат испытания грунта на сдвиговом приборе, представляющего собой массивный цилиндр, состоящий из 2 частей, одна из которых неподвижна, а другая может смещаться на величину S от действия сдвигающей нагрузки Т. Данный метод позволяет определить удельное сцепление и угол внутреннего трения, использующиеся для вычисления расчетного сопротивления грунта нагрузкам и определения параметров фундамента.

К полевым испытания грунтов с определением их стандартных прочностных и деформационных характеристик относят: штамповые, сдвиговые, срезные и прессиометрические испытания, а также испытания эталонных и натурных свай.

Испытания эталонных и натурных свай проводятся для определения типа возводимого фундамента и его параметров, а также с целью контроля соответствия несущей способности сваи расчетным нагрузкам, предусмотренным в проекте для свайного фундамента.

Метод натурных свай проводится на участке, отведенном под строительство проектируемых сооружений, на расстоянии не более 5 м и не менее 1 м от горных выработок, из которых отбирают монолиты для лабораторных исследований. В процессе испытания свай ведется журнал, а результаты оформляются в виде графиков. Несущая способность свай по результатам полевых испытаний определяется в соответствии с главой СНнП 2.02.03-85 «Свайные фундаменты».

Метод эталонных свай проводится на песчаных, глинистых грунтах, а так же на крупнообломочных грунтах с целью установления несущей способности грунта. Полевые испытания проводят последовательно на воздействие динамической и статической нагрузкой ступенями. В комплект оборудования входит: эталонная свая, устройства для ее забивки, для испытания грунтов на воздействие статической нагрузкой и извлечения эталонной сваи.

Для определения деформационных свойств грунтов в полевых условиях, а именно модуля деформации применяют штамповые и сдвиговые испытания. Сущность штампового метода состоит в том, что на грунт ставится модель фундамента - штамп, на которую подается нагрузка стандартными ступенями и изучается характер ее осадки во времени.

В зависимости от вида и свойств грунта используются штампы разных размеров испытания. При испытаниях песчаных и глинистых пород плотного сложения используют штампы площадью 2500 и диаметре 56, 2 см, при испытаниях сильносжимаемых и неоднородных горных пород - площадью 10000 , диаметре 112,6см - в шурфах или на дне котлованов. В скважинах во всех случаях применяют штампы площадью 600 при диаметре 27,7см. Нагрузку следующей силы прикладывают после стабилизации осадки штампа от предыдущей.

По результатам строят графики S=f(t). Модуль деформации вычисляют по формуле:

где м - коэффициент Пуассона; W- безразмерный коэффициент, зависящий от формы и размера штампа.

Штамповые установки имеют сложную различную конфигурацию, они дорогостоящи и сложны в использовании, однако позволяют получить качественный и точный результат.

Сдвиговые испытания в полевых условиях можно проводить по методу, предложенному профессором Н.А. Цытовичем, основанном на вдавливании в связные грунты шарового штампа специальными установками. В этом случае величину С вычисляют по формуле академика А.Ю. Ишлинского:

,

где с - удельное сцепление, кПа; Р - нагрузка на штамп, кПа; D - диаметр шара, м; К- коэффициент для пластичных тел равный 0,18; S- глубина вдавливания, м;

Чаще всего определяют прочностные характеристики в полевых условиях испытаниями на срез, осуществляемого способом поворачивания крыльчатки в буровых скважинах. Вдавливая крыльчатку в грунт, в зону, не нарушенную бурением, определяют сопротивление сдвигу по величине крутящего момента , необходимого для проворачивания крыльчатки со скоростью 0,1- в секунду. Соотношение диаметра d и высоты крыльчатки h -1:2

В этом случае момент сопротивления грунта срезу равен:

,

Прессиометрические испытания проводят для получения в полевых условий механических характеристик. Прессиометр состоит из пригрузочных резиновых камер, заполняемых водой или воздухом, когда он помещен в скважину, через специальные трубы под давленем, определяемым по манометру, связанным с прибором для измерения объема воды, поступающей в испытательную рабочую камеру. Деформационные грунтовые массивы измеряют по изменению объема жидкости в рабочей камере перед началом и в конце опыта.

Испытания заключаются в приложении к стенкам скважины ступенями возрастающих нагрузок и измерении деформации грунта (диаметра скважины). Модуль деформации определяют, используя формулу Ляме:

где - относительная деформация расширения скважины; R -радиус скважины, м; м - коэффициент Пуассона; - давление в прессиометре, кПа.

,

Кроме того, прессиометры используют для поступательного сдвига, то есть в этом случае обжатый цилиндр перемещается вдоль оси скважины, при этом фиксируются срезающие усилия ф. По результатам испытаний строится график зависимости сопротивления срезу ф от нормальных давлений у.

Сопротивление срезу определяется по формуле:

,

где - максимальное сопротивление грунту срезу, кН; F - площадь поверхности среза, .

Дорогостоящее оборудование и большие объемы работ прессиометрических, штамповых испытаний и испытаний натурных и эталонных свай окупают затраты на себя за счет качественных показателей и точных результатов проведенных исследований. Рассмотренные полевые и лабораторные работы, зачастую, в практике строительства применяются совместно или зависят друг от друга на заключительной стадии инженерно - геологических изысканий - камеральной обработке. Во время камеральной обработки происходит сопоставление результатов полевых испытаний грунтов и лабораторных исследований, сравнение с нормами и правилами. На основе полученных данных инженерно - изыскательских работ составляется технический отчет, представляющий заключение и рекомендации по пригодности для строительства зданий или сооружений той или иной степени ответственности на данном земельном участке.

Библиографический список

1. Карякин В. Ф. Инженерная геология: учеб. пособие для студентов дневной и заоч. формы обучения строит. специальностей / В. Ф. Карякин. Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2008. 60 с.

2. Черныш, А. С., Оноприенко Н.Н. Механика грунтов: учеб. пособие для студентов днев. и заоч. форм обучения (с применением дистанц. технологий), обучающихся по направлениям подготовки 270100, 270200 / А. С. Черныш, Н. Н. Оноприенко, А. О. Лютенко. Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2010. 123 с.

3. Черныш, А. С. Расчет оснований и фундаментов [Электронный ресурс]: учеб. пособие для студентов очной и заоч. форм обучения направления. Стр-во / А. С. Черныш, Т. Г. Калачук, Г. В. Куликов. Белгород: Изд-во БГТУ им. В. Г. Шухова, 2014. 1 эл. опт. диск (CD-RW).

Размещено на Allbest.ru