способ прессиометрических исследований грунта

Формула изобретения

Способ прессиометрических исследований грунта, включающий бурение скважины с обсадкой ее трубами, погружение зонда прессиометра на исследуемый интервал, подъем труб, подачу давления в зонд и фиксацию изменения давления и радиуса зонда во времени, отличающийся тем, что нижнюю часть обсадных труб выполняют с внутренним скосом, длина которого соответствует длине рабочей части зонда; давление в зонд подают перед подъемом обсадных труб, при этом в зонде создают расчетное давление, после чего перекрывают подачу давления и поднимают обсадные трубы, освобождая зонд.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к инженерно-геологическим изысканиям для строительства и может быть использовано для определения естественного давления в грунте.

Известен способ определения природного давления грунта с помощью динамометра конструкции В.А.Бомчинского. Грунтовый динамометр устанавливается в грунтовый массив во время отсыпки, давление определяется по частоте и амплитуде колебаний струны, соединенной с крышкой динамометра, возбуждаемых электромагнитной катушкой. Информация о давлении передается на пульт по кабелю, соединенному с динамометром (см. книгу А.А.Удингуз, В.А.Бомчинский. Контрольно-измерительная аппаратура гидротехнических сооружений, - М., 1954 г., стр.28).

Известным динамометром нельзя производить измерения давления в грунтовом массиве природного сложения, т.к. проходка скважины для установки динамометра вызовет изменения напряженного состояния массива.

Известен способ прессиометрических исследований грунта, включающий бурение скважины с обсадкой ее трубами, погружение зонда прессиометра на исследуемый интервал, подъем труб, подачу давления в зонд и фиксацию изменений давления и радиуса зонда во времени (см. книгу В.Д. Ломтадзе. Инженерная геология. Специальная инженерная геология, Ленинград, Недра, Ленинградское отделение, 1978, стр.168-176).

Указанный способ принят за прототип заявленного изобретения, поскольку содержит наиболее близкую совокупность существенных признаков.

Недостатком известного способа является невозможность обеспечить надежный контакт раздутой камеры зонда с грунтом стенок скважины во время обнажения зонда при извлечении колонны труб.

Цель прелагаемого изобретения (способа) - более надежное сохранение природного напряженного состояния грунта массива путем обеспечения надежного контакта раздутой камеры зонда с грунтом стенок скважины во время обнажения зонда при извлечении колонны труб.

Достигается это тем, что в способе прессиометрических исследований грунта, включающем бурение скважины с опережающей обсадкой ее трубами, погружение зонда прессиометра на исследуемый интервал, подъем труб, подачу давления в зонд и фиксацию изменения давления и радиуса зонда во времени, согласно изобретению нижнюю часть обсадных труб выполняют с внутренним скосом, длина которого соответствует длине рабочей части зонда, давление в зонд подают перед подъемом обсадных труб, при этом в зонде создают расчетное давление, после чего перекрывают подачу давления и поднимают обсадные трубы, освобождая зонд.

Сущность предложенного способа поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена схема устройства, реализующего способ прессиометрических исследований; на фиг.2 показаны варианты графиков изменения напряженного состояния массива, определяемого в виде зависимости деформаций оболочки зонда от величины давления в ее полости при использовании предлагаемого способа.

Зонд прессиометра 1 на жесткой гидромагистрали 2 размещен внутри нижней части колонны обсадных труб 3 скважины 4 в необходимом интервале испытаний грунта. Нижняя часть колонны обсадных труб 3 выполнена с внутренним скосом 14. Жесткая гидромагистраль 2 через переходник 5 соединена с гибкой магистралью 6, которая связана с водомерным устройством (измерителем перемещений) 7, манометром 8, газопроводом 9. Водомерное устройство 7 связано через вентиль 10 с баком 11 рабочей жидкости и через вентиль 12 с гибкой магистралью 6. На газопроводе 9 установлен вентиль 13 для подачи газа.

Способ реализуется следующим образом.

Проходится на необходимую глубину с опережающей обсадкой колонной обсадных труб 3 скважина 4. В нижнюю часть обсадных труб, выполненную с внутренним скосом 14, опускается зонд прессиометра 1, причем длина внутреннего скоса соответствует длине рабочей оболочкообразной части зонда. Затем в зонде прессиометра создается начальное давление, которое рассчитывается по формуле

P_нaч=₁h_l+₂h₂+P_c (1),

где Р_нач - начальное давление;

₁ - объемный вес грунта выше уровня грунтовых вод (УГВ);

h₁ - глубина до уровня грунтовых вод;

₂ - объемный вес грунта ниже УГВ;

h₂ - глубина ниже уровня грунтовых вод;

Р_c - нагрузка от проектируемого сооружения на грунт в данном интервале.

Начальное давление в зонде 1 создается путем подачи рабочей жидкости в него через гибкую гидромагистраль 6, соединенную с жесткой гидромагистралью 2, путем открытия вентилей 10 и 12, соединяющих емкость с рабочей жидкостью 11 с водомерным устройством 7, и вентиля 13 подачи газа, и фиксируется манометром 8, размещенным на газопроводе 9.

После создания в зонде 1 расчетного давления перекрывают вентиль 13 и освобождают зонд из-под защиты обсадных труб 3 путем подъема последних на высоту чуть больше рабочей части зонда прессиометра. При этом внутренний скос обеспечивает плавный выход гибкой оболочки зонда ниже торца труб, а также ее надежный контакт со стенками скважины. В результате создается замкнутая система, которая позволяет сохранить природное напряженное состояние массива. В процессе подъема обсадных труб фиксируются изменения количества рабочей жидкости в оболочке зонда по водомерному устройству 7 в пересчете на изменение радиуса оболочки и давление в системе по манометру 8.

После освобождения зонда продолжают фиксацию изменения давления в системе, а также фиксацию изменения диаметра зонда, характеризующие напряженное состояние массива во времени в точке установления зонда (см. фиг.2). По этим графикам определяются величины напряжений в грунтовом массиве во времени.

1. Так, если после выхода зонда из обсадной трубы радиус его резиновой оболочки увеличивается, а давление в нем и в системе в целом уменьшается, это значит, что фактическое давление в данной точке массива меньше расчетного по формуле (1).

2. Если же давление увеличивается, а радиус зонда уменьшается - значит давление в массиве больше расчетного по формуле (1).

3. Если же ни радиус зонда, ни давление не меняются, это значит, что фактическое давление совпало с расчетным.

4. Если же после стабилизации давления в камере зонда, через какой-то период времени происходит увеличение радиуса резиновой камеры зонда и соответственно снижение давления в замкнутой системе, это означает уменьшение напряжения в массиве. В противоположном же случае при росте давления и уменьшении радиуса зонда происходит увеличение напряжения в массиве.

На фиг.2 приведены графики изменения давления и радиуса рабочей упругой камеры зонда, характеризующие напряженное состояние массива во времени и разных условиях. Например, в зоне влияния отводящего канала ГЭС, работающей в пиковом режиме, когда несколько раз в сутки происходит существенное колебание уровня грунтовых вод или, например, при вскрытии больших котлованов и возведении в них зданий ГЭС и т.п.

Ветвь графика R=f(t) характеризует деформацию грунта в результате изменения напряженного состояния массива.

Участок 1 характеризует уравнивание давления в камере зонда и в замкнутой системе в целом за счет увеличения радиуса его оболочки и деформации стенок скважины с давлением в окружающем массиве, тогда точка Р₀ характеризует естественное напряженное состояние массива в данный момент времени.

Участок 2 характеризует уменьшение напряжения в массиве в результате, например, подъема уровня грунтовых вод или выемки котлована.

Участок 3 характеризует увеличение напряжений в массиве в результате, например, снижения уровня подземных вод или возведения сооружения.

Кроме того, по этим графикам определяются конкретные напряжения в грунтовом массиве при различных условиях, например при его разуплотнении или же нагружении.

Этот вопрос актуален в гидротехническом строительстве и при эксплуатации различных сооружений ГЭС и ГАЭС.