Инженерно-геологические исследования под расширение комплекса по производству сушеного концентрата на обогатительной фабрике ОАО 'Лебединский ГОК'

Природная влажность

_n=1/ n Σ A_{i n}=1/24*(0,23+0,22+0,22+0,22+0,21+0,22+0,22+0,24+0,26+0,22+0,26+0,22+0,24+0,25+0,28+0,24+0,24+0,24+0,25+0,24+0,25+0,25+0,2

,21) = 1/24 * 5,63=0,235

S=√ (1/ (n -1)) * Σ (X_n -Ai )²

S=√1/23 * ((0,235-0,23)²+(0,235-0,22)²+(0,235-0,22)²+(0,235-0,22)²+(0,235-0,21)²+(0,235-0,22)²+(0,235-0,22)²+(0,235-0,24)²+(0,235-0,26)²+(0,235-0,22)²+(0,235-0,26)²+(0,235-0,22)²+(0,235-0,24)²+(0,235-0,25)²+(0,235-0,28)²+(0,235-0,24)²+(0,235-0,24)²+(0,235-0,24)²+(0,235-0,25)²+(0,235-0,24)²+(0,235-0,25)²+(0,235-0,25)²+(0,235-0,2)²+(0,235-0,21)²)= √1/23 * 0,007425 = 0,018= S / X_n=0,018/0,235 = 0,077

Плотность грунта при природной влажности

_n=1/ n Σ A_i

X_n=1/24*(2,04+2,00+2,02+1,98+2,01+1,92+1,96+1,99+1,86+1,87+1,86+1,93+1,95+1,93+1,94+1,97+1,98+2,00+1,95+2,02+1,97+1,96+1,98+1,99) = 1/24 * 47,08=1,96

S=√ (1/ (n -1)) * Σ (X_n -Ai )²

S=√1/23 * ((1,96-2,04)²+(1,96-2,00)²+(1,96-2,02)²+(1,96-1,98)²+(1,96-2,01)²+(1,96-1,93)²+(1,96-1,95)²+(1,96-1,93)²+(1,96-1,94)²+(1,96-1,97)²+(1,96-1,98)²+(1,96-2,00)²+(1,96-1,92)²+(1,96-1,96)²+(1,96-1,99)²+(1,96-1,86)²+(1,96-1,87)²+(1,96-1,86)²+(1,96-1,95)²+(1,96-2,02)²+(1,96-1,97)²+(1,96-1,96)²+(1,96-1,98)²+(1,96-1,99)²)= √1/23 * 0,0546 = 0,049

V = S / X_n

V=0, 049/1,96 = 0,025

Исходя из вышеперечисленных расчетов можно сделать вывод, что инженерно-геологический элемент выделен верно, так как в обоих случаях V расчетное меньше V допустимого (ГОСТ 20522-96).

Вывод

По результатам выполненных, изысканий, категория сложности инженерно-геологических условий площадки -II (средней сложности).

Толща грунтов основания проектируемого строительства является неоднородной: в ее пределах выделяется 8 инженерно-геологических элементов (ИГЭ):

ИГЭ № 1 - насыпной грунт; tQ_IV

ИГЭ № 2 - суглинок тугопластичный; Qd_II-III

ИГЭ № 3 - суглинок мягкопластичный; Qd_II-III

ИГЭ № 4 - суглинок твердый; Qd_II-III

ИГЭ № 5 - супесь пластичная; Р_IIkV

ИГЭ № 6 - глина твердая, алевритистая; Р_IIkV

ИГЭ № 7 - глина твердая, трепеловидная; Р_IIkV

ИГЭ № 8 - суглинок твердый, алевритистый. Р_IIkV

Нормативные и расчетные значения основных физико-механических характеристик выделенных ИГЭ, которыми рекомендуется пользоваться при расчетах оснований по деформациям и по несущей способности (при а = 0.85 и 0.95) приведены в таблице № 10.

Гидрогеологические условия площадки проектируемого строительства характеризуются развитием техногенного водоносного горизонта, образовавшегося в результате эксплуатации обогатительной фабрики, в технологическом процессе в которой используется вода в значительных объёмах.

Установившийся уровень воды (по состоянию на период изыскании) отмечен на глубине 0,8-6,1м. По химическому составу (табл. № 1) воды гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридные, кальциево - магнивые, жесткие, обладают слабощелочной реакцией среды, по отношению к бетонам нормальной плотности на обычных марках цемента (марка W4 нормальной проницаемости) вода обладает слабоагрессивными свойствами по содержанию со₂ (согласно СНиП 2.03.11 -85).

При свайном варианте фундаменте в качестве естественного основания могут служить грунты ИГЭ № 4, ИГЭ №6 и ИГЭ №7. Условия залегания данных ИГЭ и прорезаемых отражены на инженерно-геологическом разрезе (лист 2).

Для уточнения расчета несущей способности свай по результатам проведенных инженерно-геологических изысканий рекомендуется для ответственных сооружений, проектируемых на свайных фундаментах, в проекте предусмотреть испытание натурных свай статическими вертикальными нагрузками согласно ГОСТ 5686-94 (не менее 2-3 испытаний для каждого ИГЭ).

При проектировании фундаментов в качестве естественного основания не рекомендуется использовать ИГЭ № 1 - насыпной грунт, а также необходимо учесть наличие агрессивных свойств грунтовых вод.

.2 Инженерно-геологические условия участка проектируемого строительства

1.2.1 Геоморфологические условия

Площадка проектируемого строительства расположена на территории ОАО «Лебединский ГОК» и в геоморфологическом отношении приурочена к водоразделу р. Оскол и Осколец

Абсолютные отметки поверхности изменяются в пределах 226.90-229.

1.2.2 Геологическое строение

В геологическом строении площадки принимают участие верхнеэоценовые отложения киевских слоев палеогена (Р₂kv) и средне-верхнечетвертичные делювиальные отложения (Q_dII-III), перекрытые с поверхности современным техногенным слоем (t_IVQ).

Условия залегания литолого-генетических разностей грунтов отражены на инженерно-геологических разрезах (лист 2).

Таблица нормативных и расчетных характеристик

Cлой № 1 - это насыпной грунт, представленный механической смесью почвы, суглинка, песка, с вкл. битого кирпича, щебня кристаллических пород. Нормативное значение плотности грунта составляет 1,69 г/см³. Мощность составляет 1,3-2 м.

Cлой № 2 - суглинок мягкопластичный с нормативным значением числа пластичности равным 0.09, нормативное значение показателя текучести 0.65. Мощность слоя 1,3-2,3 м.

Cлой № 3 - суглинок твердый, с нормативным значением числа пластичности равным 0.13, нормативное значение показателя текучести < 0. Мощность составляет 2,3-5,8 м.

Cлой № 4 - супесь пластичная, с прослоями песка, с нормативным значением числа пластичности равным 0.06, нормативное значение показателя текучести 0.41. Мощность слоя

-6,5 м.

Cлой № 5 - глина твердая, местами ожелезненная по трещинам, с нормативным значением числа пластичности равным 0.23, нормативное значение показателя текучести < 0. Мощность составляет 1-4 м.

Cлой № 6 - глина твердая, трепеловидная, местами с тонкими прослоями песка, с нормативным значением числа пластичности равным 0.20, нормативное значение показателя текучести < 0. Мощность слоя 7,3-2 м.

Cлой № 7 - суглинок твердый, алевритистый с нормативным значением числа пластичности равным 0.09, нормативное значение показателя текучести < 0. Мощность составляет 5.3-9,3 м.

1.2.3 Гидрогеологические условия

Гидрогеологические условия площадки проектируемого строительства характеризуются развитием техногенного водоносного горизонта, образовавшегося в результате эксплуатации обогатительной фабрики, в технологическом процессе которой используется вода в значительных объёмах.

Установившийся уровень воды (по состоянию на период изысканий) отмечен на глубине 0,8-6,1м.

По химическому составу воды гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридные, кальциево - магнивые, жесткие, обладают слабощелочной реакцией среды, по отношению к бетонам нормальной плотности на обычных марках цемента (марка W₄ нормальной проницаемости) вода обладает слабоагрессивными свойствами по содержанию СО₂ (согласно СНиП 2.03.11-85).

.2.4 Современные инженерно - геологические явления

Из проявлений современных инженерно - геологических явлений и процессов на изученном участке отмечено образование техногенного водоносного горизонта.

По результатам выполненных изысканий категория сложности инженерно-геологических условий площадки -II (средней сложности).

1.3 Задачи дальнейших исследований

Инженерно-геологические изыскания для разработки рабочей документации должны обеспечивать детализацию и уточнение инженерно-геологических условий строительства проектируемого сооружения и прогноз их изменений в период строительства и эксплуатации с детальностью, необходимой и достаточной для обоснования окончательных проектных решений.

В задачи проектируемых работ входит:

)        Уточнение рельефа строительной площадки.

)        Детализация ИГ разреза непосредственно под проектируемыми сооружениями.

)        Обеспечить окончательное выделение ИГ элементов и установления для них нормативных и расчетных показателей на основе определений лабораторными и полевыми методами физических, прочностных, деформационных, фильтрационных и других характеристик свойств грунтов.

)        Уточнить гидрогеологические параметры водоносных горизонтов (СП 11-105-97).

2. Виды и объёмы проектируемых работ. Методика инженерно-геологических исследований

2.1 Организация работ

Перед началом проведения полевых работ производится согласование коммуникаций с эксплуатируемыми организациями в местах проведения работ.

В точках заложения выработок, имеющих значительный уклон поверхности или другие факторы, препятствующие проезду автотранспорта и нормальному проведению процесса работ, необходимо провести мероприятия, обеспечивающие безопасные условия труда. Предварительная разбивка выработок на местности и их планово-высотная привязка осуществляется инструментально.

В организационный период будет укомплектована одна буровая бригада, работниками необходимой квалификации и составлен план работ.

Перед выездом на полевые работы начальник партии проверяет выполнение требований к метрологическому обеспечению приборов и оборудования.

К производству работ на объекте можно приступить только при наличии программ, составленных заказчиком и при наличии договора.

Перед выездом на полевые работы руководитель работ должен: в прохождении всеми работниками инструктажа по технике безопасности, применительно к местным условиям и соответствующей записью в журнале; наличие у всех документов о прохождении медицинского освидетельствования согласно выбранной профессии; наличие прав и удостоверение, позволяющее работать с имеющимися механизмами; обеспечивать всех работников спец. одеждой, исправным оборудованием, снабдить необходимым материалом.

Транспортные средства должны быть оборудованы в соответствии с требованиями всем необходимым для перевозки людей. База партии будет находиться в городе Старый Оскол.

2.2 Проектирование

Проектирование осуществляется на базе Старооскольского геологоразведочного техникума им. И. И. Малышева, которое заключается в изучении, анализе и систематизации материала, собранного для дипломного проектирования на предприятии ОАО «Лебединский ГОК».

В процессе проектирования определялись виды и объемы работ на основании действующих нормативных документов, а также разрабатывалась методика всех запроектированных видов работ на участке изысканий, была составлена текстовая, графическая часть проекта и сметы.

2.3 Обоснование видов работ

Инженерно-геологические исследования на объекте ОАО «Лебединский ГОК» на обогатительной фабрике будут выполняться для расширения комплекса по производству сушеного концентрата.

Строительная площадка находится в пределах одного геоморфологического элемента и приурочена к водоразделу р. Оскол и Осколец.

В геологическом строении площадки участвуют отложения палеогенового и четвертичного возраста. Выделено 7 слоёв:

Слой №1 (tQ_IV) - современные техногенные отложения.

Слой №2 (Qd_II-III) - суглинок мягкопластичный.

Слой №3 (Qd_II-III) - суглинок твёрдый.

Слой №4 (Р_IIkV) - супесь пластичная.

Слой №5 (Р_IIkV) - глина твёрдая, алевритистая.

Слой №6 (Р_IIkV) - глина твёрдая, трепеловидная.

Слой №7 (Р_IIkV) - суглинок твёрдый.

Гидрогеологические условия площадки проектируемого строительства характеризуются развитием техногенного водоносного горизонта.

Геологические процессы отсутствуют.

По материалам изученности и на основании выше сказанного территория строительной площадки с учетом требований СП 11-105-97  относится ко II категории сложности инженерно-геологических условий. Уровень ответственности сооружений - II.

Техническим заданием, выданным заказчиком определено место заложения скважин и их глубина. Скважины будут располагаться по контуру склада высококачественного концентрата и перегрузочному узлу с конвейера КВК-1 на КВК-2. Количество скважин составит 8, глубиной 25 метров. Схема расположения скважин приведена на листе 2.

Для изучения физико-механических свойств из скважин будут отбираться монолиты. Количество монолитов грунта может быть принято в соответствии с указаниями СП 11-105-97 п.7.16 для получения не менее 10 характеристик состава и состояния грунтов или 6 механических (прочностных и деформационных) свойств для каждого выделенного инженерно-геологического элемента.

На исследуемой площадке в соотв. с требованиями СНиП 2.02.03 - 85 будет выполнено статическое зондирование в 8 точках и 3 статических испытания натурных свай в соответствии с ГОСТом 5686 - 94 в скважинах 2, 4, 8.

Для получения надежных значений показателей физико-механических свойств грунтов проектом предусматривается комплексное их изучение с помощью полевых и лабораторных методов. Поэтому данным проектом предусматривается выполнение следующих видов работ:

разведочные работы

опробование

опытные работы

топографо-геодезические

лабораторные исследования

камеральная обработка

В качестве несущего слоя при свайном варианте фундамента рекомендован слой №6.

.4 Разведочные работы

Для изучения инженерно-геологических условий площадки: геолого-литологического строения, гидрогеологических условий, физико-механических свойств грунтов и получения другой информации, необходимой для технически обоснованных решений при проектировании оснований и фундаментов, проектом предусматривается проведение разведочных работ. Предусматривается бурение 8 инженерно-геологических скважин глубиной 25 метров.

Общий объём выработок составит: 8х25=200 м.

Скважины предназначены для изучения геологического строения и для отбора монолитов.

Выбор способа бурения

Выбор способа бурения зависит от геологического строения. В геологическом строении принимают участие породы: техногенные отложения, суглинки и глины. Бурение скважин будет осуществляться ударно-канатным способом кольцевым забоем. [2]

Выбор грунтоноса

Отбор монолитов регламентирован ГОСТом 12071-2000, которым определяется методика отбора монолита из скважины.

Учитывая геолого-литологический состав горных пород, выбран грунтонос ГВ-2, пробы будут отбираться способом задавливания. ( рис. № 2 ) [лист 3]

Техническая характеристика грунтоноса

- максимальный наружный диаметр грунтоноса по башмаку - 127 мм

длина - 605 мм

наружный диаметр корпуса - 113 мм

диаметр входного отверстия башмака - 108 мм

угол заточки башмака - 7 градусов

масса грунтоноса - 9,3 кг

Обоснование выбора конструкции скважины

Конструкция скважины определяется ее назначением, глубиной и составом проходимых пород. Скважина предназначена для изучения геологического разреза и отбора монолитов грунтоносом ГВ-2, глубина скважин составляет 25 метров.

Так как разрез проектируемой скважины представлен суглинком, глиной, то конструкция скважины будет следующая: от 0 до 3,5 метров скважина будет обсажена колонной труб диаметром 168 мм, а от 3,5 м до 25 м пройдена одним диаметром - 127 мм (рис. ГТН).

Выбор станка и его характеристика

Для бурения скважин будет приниматься буровая установка УБР-2М.

Буровая установка смонтирована на базе автомобиля ЗИЛ-131, на платформе которого установлены складное укрытие и буровой станок.

Оснащение станка гидромеханическим зажимным патроном позволяет механизировать операции по свинчиванию и развинчиванию труб, осуществлять оперативную замену плашек.

Техническая характеристика установки УБР-2М

Номинальная глубина бурения, м

с креплением трубами диаметром 168 мм …………………25

то же, с диаметром 127 мм …………………………………. 30

без крепления трубами ……………………………………... 30

Частота вращения вращателя, об/мин.:

по часовой стрелке …………………………………... 12, 24, 76

против часовой стрелки ……………………………… 17

диаметр проходного отверстия вращателя, мм …………… 255

тип зажимного патрона вращателя …………гидромеханический

наибольший крутящий момент вращателя, кН*м …………. 7

диаметр зажимаемых труб, мм …………..………. 73; 127; 168; 219

тип механизма подачи вращателя ………………гидравлический

Ход подачи, мм:

при бурении ……………………………………..…….. 400

при извлечении обсадных труб ………………...…….. 115

Усилие подачи, кН:

Грунтонос ГТН

при бурении……………………………………….……. ≤ 15

при извлечении колонны труб...................................…. ≤ 80

Тип лебедки ………………………………планетарная

Грузоподъемная сила лебедки, кН …………………………… 18

Средняя скорость навивки каната на барабан лебедки, м/с … 0,5

Тип ударного механизма … оттяжное устройство со свободным сбросом

Частота ударов в 1 мин …………………………………………. 51

Ход ударного механизма, мм …………………………………… 600

Масса ударного снаряда, кг ……………………………………… ≤ 300

Тип приводного двигателя ………………………………. Дизель 2Ч8, 5/11

Мощность двигателя, кВт ……………………………………..…. 8,8

Технология бурения

Технологические приемы ударно-канатного способа бурения зависят от его разновидности, глубины и начального диаметра скважины, а также свойств проходимых пород.

Для углубления скважины применяют забивной способ, желонирование и сплошным забоем. Забивной способ используют при наличии всех разновидностей связных нескальных грунтов, желонирование - несвязных грунтов.

При забивном бурении не следует стремиться к увеличению рейсового углубления. Если стакан забивается на глубину большую, чем положено, затрудняется его извлечение из скважины и последующая очистка грунта.

В условиях, когда спуско-подъемные операции занимают малое время по сравнению с процессом бурения, целесообразно чаще производить подъем снаряда, облегчая и ускоряя тем самым процесс очистки стаканов.

В вязких грунтах рекомендуется использовать разъемные стаканы, в несвязных - стаканы с клапанами.

Проектом намечено, что интервал от 0 до 3,5 м будет пройдено желонкой, диаметром 127 мм, с одновременной обсадкой колонной труб диаметром 168 мм. А расстояние от 3,5 до 25 м - стаканом, диаметром 127 мм.

При забивном бурении не следует стремиться к увеличению рейсового углубления.

Таблица № 11 Рекомендуемые технологические параметры забивного бурения

Документация при бурении.

Описание образцов в процессе бурения инженерно-геологических скважин должно обеспечить их правильное наименование, состав, состояние и свойства. Это достигается специальной технологией бурения скважин и соблюдением правил ведения полевой документации.

Особые требования к ведению полевой документации обусловлены:

практической невозможностью улучшить полевую документацию при камеральных работах;

стремлением исключить разночтения одних и тех же признаков;

влиянием погодных условий на качество записи и сохранности документации и, главное, высокой стоимостью буровых работ, результаты которых фиксируются только на полевых документах.

Правила ведения полевой документации сводиться к следующему:

все полевые документы (буровой журнал, коллекторские журналы, журналы производства наблюдений и т.д.) должны иметь чёткий адрес - наименование организации, экспедиции, партии, отряда; наименование объекта исследований, номер буровой выработки;

записи должны вестись в определённой последовательности, чётко и ясно без сокращения слов. Цифры пишутся стилизованным шрифтом. Допущенные при описаниях ошибки и описки исправляются зачёркиванием и исправленным описание. Подтертости и исправление «цифра по цифре» не допускается;

записи ведутся простым мягким карандашом или шариковой ручкой. Применение химического карандаша или чернил не допускается;

полевая документация должна быть первичной, то есть вестись непосредственно в поле, без ведения промежуточных записей. Переписка ради достижения «чистоты» документа не допускается;

все исправления в полевой документации, проводимые должностными лицами, должны быть сделаны как дополнительные, заменяющие первоначальную запись и подписаны должностным лицом;

Все полевые документы должны иметь дату ведения на каждый день записи и быть подписаны как документатором, так и соответствующим должностным лицом.

2.5 Опробование

Инженерно-геологическое опробование проводится с целью характеристики состава, состояния и физико-механических свойств пород, состава и свойств грунтовых вод и изучения закономерностей изменения показателей этих свойств в пространстве и во времени в зависимости от природных и искусственных факторов.

От качества опробования зависят: обоснованность выбора типов фундаментов зданий и сооружений; достоверность номенклатурных, нормативных и расчетных показателей пород (параметры фундаментов, глубина их заложения, схемы расчетов системы основание-фундамент и др.); надежность строительства и эксплуатации зданий и сооружений (обеспечение условий сохранения устойчивости и допустимой деформации искусственных сооружений). (ГОСТ 12071-2000)

Проектом предусматривается отбор монолитов в соответствии с ГОСТом 12071-2000«Отбор, упаковка, транспортировка и хранение образцов». Размеры образцов и их число должны быть достаточными для выполнения необходимого комплекса лабораторных работ по определению состава, состояния и свойств грунта и отвечать требованиям соответствующих стандартов на методы определения характеристик грунтов, ГОСТ 12071-2000. Он заключается в получении материала горных пород для определения показателей их физико-механических свойств. Эти показатели должны характеризовать как состав, так и состояние грунтов в массиве.

В пределах контура сооружения высококачественного концентрата и перегрузочного узла с конвейера КВК-1 на КВК-2 в скважинах 4, 6, 8, 2 будет отобрано по 6-7 монолитов из каждого слоя. Таким образом, общее количество монолитов составит - 42.

Методика отбора монолитов из скважин

Отбор монолитов будет осуществляться грунтоносом ГВ-2, способом задавливания.

Количество монолитов принимается в соответствии с указанием СП 11-105-97 пункт П.7.16, в соответствии с этим положением количество монолитов указано в таблице № 12

Таблица № 12 Количество отбираемых проб монолитов 

Консервация монолитов

Монолиты сразу после отбора должны быть ориентированы ( отмечают верх монолита косым крестом или буквой «В»). Монолиты, отобранные из скважин, необходимо немедленно консервировать во избежание потери влаги, растрескивания или разуплотнения.

Монолиты следует немедленно изолировать способом парафинирования, туго обматывая его слоем марли, пропитанной смесью парафина с гудроном. Затем весь монолит в марле надлежит покрыть слоем смеси парафина с гудроном, обмотать вторым слоем марли, пропитанной смесью парафина с гудроном, и еще раз покрыть смесью парафина с гудроном толщиной не менее 2мм. До парафинирования на верхнюю грань монолита следует положить этикетку, завернутую в кальку, покрытую слоем парафина с гудроном.

Смесь парафина с гудроном, применяемая для парафинирования, должна иметь температуру 55-60⁰С.

На этикетке должно быть указано: наименование изыскательской организации или подразделения: экспедиции, партии, отряда; наименование объекта изысканий; в)номер монолита; наименование выработки и ее номер; интервал глубины отбора образца; наименование грунта по визуальному осмотру; должность и фамилия лица, отобравшего образец; дата отбора.

Этикетки должны заполняться четко, простым графитовым карандашом, исключая возможность обесцвечивания или расплывания записей.

Упаковка, транспортировка и хранение монолитов.

Монолиты, предназначенные для транспортировки в лаборатории, должны быть упакованы в ящики. Укладка в ящики производится плотно, с заполнением промежутков между ними опилками, стружкой, сеном или другими мягкими материалами.

Условия хранения монолитов должны обеспечивать сохранность их влаги и структуры в течение всего времени до окончания лабораторных исследований. Поэтому в полевых экспедициях и партиях монолиты следует хранить в специально приспособленных помещениях, типа подвалов или погребов, с относительной влажностью 50-60 % и температурой 2-20 ⁰С.

Сроки хранения монолитов немерзлого грунта с момента отбора до начала лабораторных испытаний в помещениях или камерах не должны превышать:

,5 месяца- для скальных грунтов, песков, глинистых грунтов твердой и полутвердой консистенции;

месяц- для других разновидностей грунтов.

При отсутствии выше упомянутых требований и соответствующих помещений, срок хранения монолитов не должен превышать 15 суток.

2.6     Опытные инженерные геологические работы

Проектом предусматривается выполнение статического зондирования в 8 точках в соответствии с ГОСТом 19912-2001 и испытания натурных свай в соответствии с ГОСТом 56-86-94. Зондирование проводится с целью уточнения геолого-литологического разреза, получения характеристик для определения несущей способности свай и выбора их параметров.

Статическое зондирование

Зондирование будет выполнено в комплексе с другими видами инженерно-геологических работ:

1)выделения инженерно-геологических элементов (толщины слоев и линз, границ распространения грунтов различных видов и разновидностей);

)оценки пространственной изменчивости состава и свойств грунтов;

)количественной оценки характеристик физико-механических свойств грунтов (плотности, модуля деформации, угла внутреннего трения и сцепления грунтов и др.);определения степени уплотнения и упрочнения грунтов во времени и пространстве;

)оценки возможности забивки свай и определения глубины их погружения;

)определения данных для расчета свайных фундаментов;

Сущность метода

Заключается в погружении зонда в грунт, с помощью специальной установки, под действием статической вдавливающей нагрузки с измерением показателей сопротивлению грунта внедрению зонда. По данным измерения сопротивления грунта под наконечником зонда и на боковой поверхности зонда определяют: удельное сопротивление грунта под наконечником (конусом) зонда qс; общее сопротивление грунта по боковой поверхности Qs (для зонда типа I); удельное сопротивление грунта на участке боковой поверхности (муфте трения) зонда fs (для зонда типа II).

Оборудование и приборы

В состав установки для испытания грунта статическим зондированием входит:

•зонд (набор штанг и конический наконечник);

•устройство для вдавливания и извлечения зонда;

•опорно-анкерное устройство;

•устройства для измерения нагрузки и показателей сопротивления грунта [2]

При выполнении статического зондирования проектом предусматривается применение зонда с наконечником из конуса и муфты трения (зонд II типа) и установки С - 832 (рис 3). В соответствии с требованиями СНиП 2.02.03-85 количество точек зондирования для проектируемого сооружения на свайном фундаменте составит 8 шт.

Рис. 3 Схема конструкции зонда II типа 1 - конус; 2 - кожух; 3 - штанга; 4 - муфта трения

Техническая характеристика установки С-832

Глубина зондирования - 20 м

Регистрирующая аппаратура - самописцы

Устройства для восприятия реактивных усилий - анкерные сваи и автомобиль

Масса установки, т - 2,6 ( без автомобиля)

Подготовка к испытанию

Подготовку к работе установки для испытания грунта статическим зондированием выполняют в соответствии с требованиями инструкции по ее эксплуатации. При необходимости проверяют прямолинейность штанг и степень износа наконечника. Отклонение мачты установки от вертикали не должно превышать 2°. Производят вынос в натуру точек зондирования и горизонтальную планировку площади.

Методика проведения испытаний

Статическое зондирование следует выполнять путем непрерывного вдавливания зонда в грунт, соблюдая порядок операций, предусмотренный инструкцией по эксплуатации установки.

Перерывы в погружении зонда допускаются только для наращивания штанг зонда.

В процессе зондирования необходимо осуществлять постоянный контроль за вертикальностью погружения зонда.

Показатели сопротивления грунта следует регистрировать непрерывно или с интервалами по глубине погружения зонда не более 0,2м. Скорость погружения зонда в грунт должна быть (1,2 ± 0,3) м/мин.

Испытание заканчивают после достижения конусом зонда заданной глубины или предельных усилий на конусе или на зонд в целом. По окончанию испытания зонд извлекают, а скважину тампонируют. Наличия искривлений, глубоких царапин и повреждений фиксируют в журнале статического зондирования.

Регистрацию показателей сопротивления грунта внедрению зонда производят в журнале испытания, на диаграммной ленте или в блоке памяти системы регистрации.

Обработка результатов испытаний

Камеральную обработку статического зондирования выполняют на основании данных, внесённых в журнал статического зондирования, или по диаграммным лентам, полученным при автоматической записи.

Количественную оценку характеристик физико-механических свойств грунтов проводят на основе статистически обоснованных зависимостей между показателями сопротивления грунта внедрению зонда и результатами определения характеристик другими стандартными методами.

По данным измерений, полученных в процессе испытания, вычисляют значения qc, fs (для зонда типа II) и строят графики изменения этих величин по глубине зондирования (рис. 4)

По данным статического зондирования определяют несущую способность свай, плотность сложения песков, консистенцию глинистых пород и ориентировочные значения физико-механических характеристик песчано-глинистых пород.

Испытания натурных свай

Проектом планируется выполнить 3 испытания грунта натурными сваями статическими вдавливающими нагрузками в соответствии с требованиями ГОСТ 56-86-94 в скважинах № 2, 4, 8 с целью определения несущей способности свай на вдавливание и зависимости величины перемещений в грунте от нагрузок.

Сущность метода заключается в следующем - осевое задавливание свай в грунт с замером перемещения (осадки) свай от различных нагрузок.

В состав оборудования для испытания свай статической вдавливающей нагрузкой входит устройство для погружения свай и измерительная система.

Нагружение испытываемой сваи производится равномерно с помощью домкрата (рис. 5). На каждой ступени нагружения снимают отчёты по всем приборам для измерения деформации. Нагрузка при испытании натурной сваей должна быть доведена до значения, при котором общая осадка сваи составляет не менее 40мм.

За критерий условной стабилизации деформации при испытании принимают скорость осадки на данной ступени нагружения, не превышающую 0,1мм за последние 60мин наблюдений, если под нижнем концом залегают песчаные и глинистые грунты от твердой до тугопластичной консистенции.

Разгрузку свай производят после достижения наибольшей нагрузки ступенями, равными удвоенным значениям ступеней нагружения, с выдержкой каждой ступени не менее 15мин.

Отчеты по приборам для измерения деформаций снимают сразу после каждой ступени разгрузки и через 15 мин наблюдений.

В процессе проведения испытаний грунтов натурными сваями ведётся журналы испытаний, а результаты испытаний оформлять в виде графиков зависимостей перемещений сваи от нагрузки, приложенной к свае ( рис. 6 ).

Рис. 4 Графики изменения qc и fs по глубине погружения зонда Н Тип зонда II

Масштаб графиков:

по вертикали: для Н 1 см - 1 м

по горизонтали:

для qc 1 см - 2 МПа (qc ³ 1 МПа); 1 см - 0,2 МПа (qc < 1 МПа)

для fs. 1 см - 20 кПа

Рис. 5 Схема установки для испытания грунтов статической вдавливающей нагрузкой 1 - испытываемая свая; 2 - анкерная свая; 3 - pепеpная система с пpогибомеpами; 4 - домкрат с манометром; 5 -система упоров, балок;10 - теpмометpическое устройство;

Рис. 6 График зависимости осадки сваи S График изменения осадки сваи от нагрузки Р     S во времени (по ступеням нагружения)

2.7     Топографо-геодезические работы

8 скважин и 8 точек зондирования и 3 испытания натурных свай планируется выносить на местность и производить планово-высотную привязку по топографическим картам масштаба 1:1000.

Перед выполнением полевых работ все скважины и точки зондирования необходимо вынести в натуру методом теодолитных ходов, точностью 1:500 по заранее вычисленным направлениям и расстояниям от пунктов триангуляции. Углы поворотов теодолитных ходов точности 1:500 планируется измерять теодолитом, а линии измеряются двадцатиметровой лентой.

По окончанию бурения и опытных работ все скважины и точки зондирования на участке работ планируется привязать проложением теодолитных ходов точности 1:2000. Высоты пробуренных скважин вычисляются из теодолитных ходов, для чего измеряют вертикальные углы на точках хода в прямом и обратном направлении при двух положениях круга. Невязких ходов при вычислении высот считаются по формуле: L; где L - длина хода, м.

2.8     Лабораторные исследования

Выполняются в соответствии с СП 11-105-97 и предназначены для определения количественных показателей, которые обуславливают прочность и устойчивость грунтов при длительном взаимодействии с сооружением. Все показатели, определяемые в лаборатории, приводятся в таблице № 12.

Таблица № 12

Методика проведения испытаний

Все лабораторные определения показателей свойств грунтов выполняются в соответствии с ГОСТом.

Плотность грунта определяется методом режущих колец и рассчитывается по формуле:

ρ = m_т+m_в/V_т+V_п г/см³,

где m_т - масса твёрдых частиц; m_в - масса воды; V_т - объем твёрдых частиц; V_п - объём пор;

Плотность частиц грунта определяется пикнометрическим методом и рассчитывается по формуле:

ρ_s = m_т/V_т г/см^3,

где m_т - масса твёрдых частиц; V_т - объем твёрдых частиц;

Естественная влажность определяется термовесовым способом и рассчитывается по формуле:

 = ( m₁-m₂/m₂-m₀) * 100%,

где m₁ - масса бюксы; m₂ -масса влажного грунта; m₀ -масса высушенного грунта;

Верхний предел пластичности (W_L) определяется по методу балансирного конуса Васильева и рассчитывается по формуле:

W_L = ( m₁-m₂/m₂-m₀) * 100%,

Где m₁ - масса бюксы; m₂ -масса влажного грунта; m₀ -масса высушенного грунта;

Нижний предел пластичности (W_P) определяется методом раскатывания жгутиков глинистых грунтов диаметром 3 мм.

W_P = ( m₁-m₂/m₂-m₀) * 100%,

Где m₁ - масса бюксы; m₂ -масса влажного грунта; m₀ -масса высушенного грунта;

Число пластичности (I_P) рассчитывается по формуле: I_P = W_L + W_P, %

Для определения сжимаемости пород выполняют компрессионные испытания. Грунт подвергается сжатию в жёстком кольце по ступеням, при этом наблюдается уменьшение объёма пор. Величина сжатия выражается построением компрессионной кривой.

Сжимаемость пород характеризуется двумя основными показателями: E_0, a a -коэффициент сжимаемости, который рассчитывается по формуле:

= e₁- e₂/ P₂- P₁, см²/кг,

где e - Коэффициент пористости; P- соответствующая нагрузка на грунт;

Для определения сопротивления грунтов сдвигу в лабораторных условиях выполняют одноплоскостной срез, который заключается в перерезании цилиндрического образца, уплотнённого при заданном нормальном давлении путём сдвига одной его части по отношению к другой в заранее фиксированной плоскости и определения возникающих при этом сдвигающих усилий. По полученным данным строят график зависимости. [1]

График зависимости e = f (p)

2.9     Камеральная обработка

При инженерно-геологических изысканиях камеральные работы ведутся непрерывно и направлены на систематизацию материала, полученных при полевых и лабораторных исследованиях, их анализу и составлению отчета с требованиями СНиП 11.02-96.

На основе камеральных проработок уточняется система размещения выработок и их опробования для более достоверного обоснования границ инженерно-геологических элементов.

Камеральные работы разделяются на текущую и окончательную камеральную обработку.

Текущая камеральная обработка: производится в полевых условиях, ее целью является предварительная обработка полученных в ходе материалов. В состав текущей камеральной обработки входит:

)        Обработка и систематизация первичной документации бурения, составление колонок по скважинам

)        Обработка полевых испытаний свойств грунтов - расчеты, составление графиков, оформление паспортов

)        Обработка результатов лабораторных исследований свойств грунтов - расчеты, составление сводных ведомостей результатов определений.

Окончательная камеральная обработка

Заключается в статической обработке результатов лабораторных исследований, определении нормативных и расчетных значений показателей и составлении технического отчета по инженерно-геологическим работам. Статическая обработка проводится с целью выявления однородности распределении показателей свойств в пределах выделенного инженерно-геологического элемента, определения «отскоков» и вычислении расчетных показателей характеристик пород в соответствии с требованиями ГОСТ 20522-96.

В начале осуществляется статическая обработка физических свойств пород, потом при помощи графиков рассеивания и нанесения значений показателей на разрезы определяют, есть ли какая-либо закономерность в распределении этих показателей в пространстве.

Простейшая статистическая обработка приведена на стр. 23.

В состав технического отчета входят следующие главы:

1.Ведение.

Основание для производства работ, задачи инженерно - геологических изысканий, местоположение района инженерных изысканий, данные о проектируемом объекте, виды и объемы проектируемых работ.

2.Изученность инженерно - геологических условий.

Характер, название и границы участков ранее выполненных инженерных изысканий и исследований, наименование организаций - исполнителей.

3.Геологическое строение.

Приводятся: уточненная характеристика геологического строения и описание выделенных инженерно - геологических элементов, условий их залегания на участке проектируемого строительства.

4.Гидрогеологические условия.

Уточняются гидрогеологические параметры, агрессивность к бетону и коррозионная активность подземных вод и грунтов к металлам.

5.Свойства грунтов.

Для каждого здания приводятся результаты статистической обработки показателей свойств грунтов с учетом ранее выполненных инженерных изысканий, нормативные и расчетные характеристики физических, деформационных и прочностных свойств грунтов при соответствующих доверительных вероятностях по каждому окончательно выделенному инженерно - геологическому элементу, уточняется прогноз изменений свойств грунтов в связи с проектируемым строительством и эксплуатацией объектов.

6.Инженерно - геологические и геологические процессы.

Более детальные данные по каждому участку проектируемого здания, уточненный прогноз дальнейшего развития процессов в сферах их взаимодействия с геологической средой и рекомендации по инженерной защите.

.Заключение.

Краткие результаты выполненных инженерно-геологических изысканий и рекомендации для принятия проектных решений по проведению дальнейших инженерных изысканий и необходимости выполнения специальных работ и исследований.

К отчету прилагается графическая часть технического отчета для разработки рабочей документации.

Графическая часть технического отчета для разработки рабочей документации должна содержать:

карты фактических материалов по площадкам

инженерно-геологические разрезы

графики зондирования, материалы обработки результатов полевых исследований грунтов

колонки или описания горных выработок

При составлении графической части технического отчета следует принять условные обозначения в соответствии с ГОСТ 21.302.-96.

Приложения к техническому отчету (п.4.22.) должны содержать:

таблицы лабораторных определений показателей свойств грунтов и химического состава подземных вод с результатами их статической обработки;

таблицы результатов полевых исследований грунтов, стационарных наблюдений и других работ в случае их выполнения;

описание точек наблюдений (или их результаты в иной форме);

каталог координат и отметок выработок, точек зондирования, геофизических исследований и при необходимости других материалов.

Глава 3. Мероприятия по охране окружающей среды

В Российской Федерации приняты законы об охране природы - «Закон о недрах», «Основы водного законодательства», «Закон о Земле», об охране лесов, атмосферного воздуха и животного мира.

Согласно к основным требованиям по охране окружающей среды при производстве геологоразведочных работ проектом предусматриваются следующие виды работ:

•рекультивация нарушенных земель;

•охрана растительности;

•охрана воздушного бассейна;

•охрана подземных вод от загрязнения.

Рекультивации подлежат все земельные участки, используемые под буровые площадки. При планировании площадок снимают плодородный слой почвы, складируется отдельно и сохраняется для восстановления плодородия земли.

Не допускается загрязнение почвы горюче-смазочными материалами и другими отходами. Они собираются в ёмкость, а затем вывозятся для захоронения в специальные места.

По окончанию бурения скважины ликвидируются путём засыпки ствола скважины глиной с послойным трамбованием.

Охрана растительности будет заключаться в соблюдении правил пожарной безопасности.

Охрана воздушного бассейна заключается в контроле двигателей внутреннего сгорания, в поддержании их в исправном состоянии, в контроле за содержанием выхлопных газов.

Охрана подземных вод от загрязнения заключается в ликвидационном тампонаже ствола буровых скважин.

Приказом по отделу назначается ответственное лицо по защите окружающей среды и проведению работ в соответствии с ГОСТами. Лица, виноватые в загрязнении окружающей среды и отклонениях от ГОСТов, несут административную и уголовную ответственность.

Глава 4. Техника безопасности и охрана труда

Проектируемые работы необходимо выполнять в соответствии с «Правилами безопасности при геологоразведочных работах», правила пожарной безопасности и другими нормативными документами. [6]

Охрана труда выполняется в соответствии с требованиями техники безопасности, изложенными в системе стандартов по безопасности труда.

Правила безопасности при буровых работах.

При производстве буровых работ запрещается:

А) работать на буровых станках со снятыми или неисправными ограждениями (шпинделя, низа ведущей трубы, барабана лебёдки, передач привода и т.д.);

Б) оставлять свечи незаведёнными за палец вышки (мачты);

В) поднимать бурильные колонковые и обсадные трубы с приёмного моста и опускать их при скорости движения элеватора, превышающей 1,5м/с;

Г) перемещать в шпинделе бурильные трубы во время вращения шпинделя и при включённом рычаге подачи;

Д) свинчивать и развинчивать трубы во время вращения шпинделя.

Правила безопасности при проведении опытов статического зондирования.

Перед началом работ необходимо проверить:

А) надёжность крепления, сносность и центровку её со скважиной, а также горизонтальность площадки;

Б) исправность гидравлических систем установки.

При производстве испытаний запрещается: нахождение людей вблизи гидравлических домкратов.

Меры безопасности при проведении лабораторных работ.

При работе с компрессионным и сдвиговым инженерно-геологическими приборами нужно выполнять следующие требования:

)        До снятия нагрузки запрещается оставлять прибор без надзора.

)        Подходить к прибору разрешается только по снятии отчёта по индикатору.

)        Запрещается лицам, работающим на сдвиговых приборах находиться в плоскости действия рычага.

)        Детали приборов следует периодически осматривать, для выявления степени деформации.

)        Запрещается: включать сушильный шкаф без заземления; загружать шкаф легковоспламеняющимися веществами.

Таблица № 14 Сводная таблица видов и объёмов работ

Заключение

В результате выполнения запроектируемых видов работ будут:

б)выделены инженерно-геологические элементы, как основные структурные единицы инженерно-геологической модели;

в)составлена инженерно-геологическая модель основания и среды сооружения;

г)установлены обобщенные и нормативные значения показателей физико-механических свойств грунтов применительно к выделенным инженерно-геологическим элементам.

По завершении комплекса инженерно-геологических исследований и обработки соответствующей информации составляется и выдается заказчику технический отчет со следующими приложениями:

.План расположения выработок;

.Литологические колонки скважин;

.Инженерно-геологические разрезы;

.График статического зондирования и испытания натурных свай;

.Лабораторные ведомости физико-механических свойств грунтов.

Список используемой литературы:

1.    Дмитриев В.В., Ярг Л.А. «Методы и качество лабораторного изучения грунтов»: учебное пособие/ В.В. Дмитриев, Л.А. Ярг. - М.: КДУ, 08. - 542 с.;

2.       Солодухин М.А., Архангельский И.В. Справочник техника-геолога по инженерно-геологическим и гидрогеологическим работам. - М., Недра, 1982;

.        Ребрик В.М. Бурение скважин при инженерно-геологических изысканиях. - М.: Недра, 1983;

.        Ломтадзе В.Д. Инженерная геология. Специальная инженерная геология.- Л.,Недра, 1978;

.        Фролов А.Ф., Коротких Н.В. Инженерная геология. - М.: Недра, 1990;

.        Безопасность и охрана труда при геологоразведочных работах - Новочеркасск ЮРГТУ (НПИ), 2006 г.;

.        СП 11-105-97. - М.: 1997 г. (часть 1) Общие правила производства работ;

.        СНиП 11.02-96 Инженерные изыскания для строительства. Основные положения;

.        СНиП 2.02.01 - 83. -М.: 1985 г. Основания зданий и сооружений;

.        СНиП 2.02.03 - 85 Свайные фундаменты;

.        Фондовый материал. Материал, собранный на производственной практике;

.        ГОСТ 25100-2012. Грунты. Классификация.

.        ГОСТ 19912-2001. Грунты. Методы полевых испытаний статическим зондированием;

.        ГОСТ 205.22-96. Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний;

.        ГОСТ 12071-2000 г. Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование  и хранение образцов;

.        ГОСТ 56-86-94. Испытания натурных свай;

.        ГОСТ 5180-84. Грунты. Методы лабораторного определения физических характеристик.

.        ГОСТ 23001-90. Грунты. Методы лабораторных определений плотности и влажности.

.        ГОСТ 12248-11. Грунты. Методы лабораторного определения характеристик прочности и деформируемости.

.        ГОСТ 21302-96. Система проектной документации для строительства. Условные графические обозначения в документации по инженерно-геологическим изысканиям;

21.  ССН выпуск 1, часть 1 и 4; выпуск 5; выпуск 7

.      СНОР выпуск 1, часть 4; выпуск 5; выпуск 7

23.     Интернет-ресурсы.