дипломная работа КС. Пример дипломной работы (1). Проект инженерногеологических изысканий под строительствогостиницы по ул. Октябрьская Уральская в г. Каменск
 Скачать 7.54 Mb.
|
|
2.2.4 Статическое зондирование Глубинное зондирование как метод исследования грунтов в полевых условиях появилось еще в 20-х годах в Швеции и Дании. Однако в этот период делались первые, робкие попытки применить зондирование. Широкое распространение при изыскательских работах на строительных площадках метод получил только после второй мировой войны. В СССР зондирование для исследования грунтов на строительных площадках применялось еще в начале 30-х годов, но, как и за границей оно в то время не привилось. Об этом методе вспомнили только после войны, когда в связи с восстановлением народного хозяйства потребовалось выполнить большие объемы изыскательских работ в короткое время. Впервые ручной статический зонд, сконструированный Ольсеном, был применен в 1917 году при исследовании глинистых железнодорожных насыпей в Швеции. Зонд Ольсена состоит из спирального наконечника длиной , изготовленного из стержня квадратного сечения (25х25 мм). Наконечник привинчивают к штанге диаметром , на которую надевается комплект круглых гирь весом (три гири по , две гири по и одна 5кг). Испытания проводятся в следующем порядке. Вначале замеряют погружение гирь, под действием собственного веса. Затем к зонду ступенями прикладывают нагрузку, в порядке возрастания веса гирь: 5-15-25-50-75-. Последующую ступень нагрузки прикладывают после стабилизации положения зонда от, предыдущей ступени нагрузки. Перед приложением нагрузки зонд поворачивают на один оборот, чтобы убедиться в том, что он не PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 48 погружается под данной нагрузкой. После стабилизации положения зонда под нагрузкой 100 кг-зонд погружают вращением. Замер погружения производят через 25 полуоборотов. По результатам зондирования составляют график изменения величины погружения зонда с глубиной. Одним из первых голландских статических зондов является зонд Бартенсена. Зонд состоит из конического наконечника (угол раскрытия 60, диаметр 35,6мм), зондировочной штанги (диаметр 15мм) и защитных труб (диаметр 19мм). Зонд задавливают вручную при помощи хомута, надетого на защитную трубу, а наконечник — при помощи хомута, закрепленного на штанге. Статическое сопротивление измеряют гидравлической мессурой с манометром, которая установлена на верхнем конце штанг. Ручные статические зонды, погружаемые под действием грузов вращением или при помощи хомутов, не позволяют исследовать грунты на больших глубинах, так как уже при зондировании на глубине Юм общее сопротивление прониканию зонда достигает несколько тонн. Поэтому, практически одновременно с ручными зондами появились механизированные статические зонды, которые впоследствии полностью заменили простейшие ручные зонды. Одной из первых механизированных установок является установка статического зондирования, известная в литературе как промывной зонд Терцаги. Она впервые была применена в Нью-Йорке в . при изысканиях скоростной линии метрополитена. Зонд состоит из конического наконечника, штанг и защитных труб. Наконечник с углом раскрытия 60° и диаметром имеет шесть каналов, направленных вверх от центра конуса. Полые штанги диаметром 48/28 мм помещены в защитную трубу диаметром 89/74 мм. Зонд задавливают в грунт гидравлическим домкратом. Переходник позволяет задавливать отдельно наконечник со штангами или защитные трубы. Давление на наконечнике измеряется манометром. Установка PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 49 оборудована насосом для подачи воды к зонду. По результатам испытаний составляют график зондирования, на котором по абсциссе отмечают статическое сопротивление, а по ординате - глубину зондирования. В Голландии почти одновременно с зондом Бартенсена появился статический зонд Бюиссмана (1940). В отличие от зонда Бартенсена защитная труба в установке Бюиссмана имеет диаметр, равный диаметру основания конуса (35,6мм), так что зонд представляет собой сваю с коническим наконечником, который может выдвигаться на штангах. Максимальное осевое усилие, передаваемое на зонд, составляет 6т, а глубина зондирования достигает 25м. Поочередное задавливание штанг с наконечником и защитной трубы дает возможность определить как статическое сопротивление грунта прониканию наконечника, так и трение по боковой поверхности зонда однако при испытаниях частицы грунта могут попадать в зазор между штангами и защитной трубой и тем самым сильно искажать (увеличивать) статическое сопротивление грунта внедрению конуса. Вследствие этого внимание специалистов было направлено на создание более совершенных конструкций зондов, И.Г. Плантема разработал наконечник с цилиндрическим кожухом, закрывавшим низ защитной трубы и предохранявшим кольцевое пространство между трубой и штангами от попадания частиц грунта. И.Г. Плантема в 1947г. предложил измерять давление на зонд электрическим динамометром. Усилие, создаваемое домкратом, передается на измерительную коробку и чашеобразную деталь. В свою очередь измерительная коробка передает через штанги давление на наконечник, а чашеобразная деталь - на защитную трубу. В измерительную коробку вмонтирован электрический динамометр, измеряющий сопротивление грунта внедрению конуса. Другой динамометр фиксирует общее сопротивление. Для исследования песчано-глинистых и иловатых грунтов под водой было создано несколько конструкций статических зондов, приспособленных для зондирования с воды. В 1940г. Д. Вермейден создал: 1) зонд на погружном PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 50 понтоне для исследования грунтов при глубине водоема не более 5м; 2) зонд на башне для пенетрации грунтов при глубине водоема от 2 до 16м. Центральным конструкторским бюро б. МГ и ОН СССР в 1959г. сконструирована установка для задавливания зонда СУГП-10. Зонд погружается в грунт со скоростью 6-10 см/сек при помощи гидравлического домкрата. Установка на гусеницах может передвигаться своим ходом. Вес установки равен 11т и она не нуждается в винтовых сваях. Общее сопротивление измеряется манометром. В настоящее время согласно ГОСТ 20069-81 для испытания грунтов статическим зондированием должны применяться установки, состоящие из следующих основных узлов: - зонда (наконечника и штанги); - устройства для вдавливания и извлечения зонда; - опорно-анкерного устройства; - измерительного устройства. В зависимости от конструкции наконечника зонды подразделяются на три типа: I - зонд с наконечником из конуса и кожуха; II - зонд с наконечником из конуса муфты трения; III - зонд с наконечником из конуса, муфты трения и уширителя. Площадь основания конуса зондов всех типов должна составлять ., а величина угла при вершине конуса - 60°. Наружный диаметр муфты трения должен быть равным диаметру основания конуса, а длина муфты трения 310мм. 2.2.5 Определение физико-механических свойств грунтов методом статического зондирования Метод широко применяется на практике, особенно на участках с предполагаемыми свайными фундаментами. Статическое зондирование позволяет получить характеристики, существенно уточняющие расчет несущей способности свай и решать задачи, аналогичные для динамического зондирования. Очень важно отметить, что статическое зондирование позволяет PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 51 отбивать границы слоев, имеющих резкие различия по составу пород и их состоянию, с точностью, превышающей точность при бурении любыми способами. На метод статического зондирования имеется СП 11-105-97. Инженерно-геологические изыскания для строительства и ГОСТ 20069-81. Грунты. Статическое зондирование. При статическом зондировании основными показателями свойств горных пород являются: а) общее сопротивление зондированию R общ , кгс; б) сопротивление погружению конуса R кон , кгс/см 2 ; в) удельное сопротивление зонда R тp , кгс/см. Общее сопротивление горных пород - это то сопротивление, которое они оказывают проникновению зонда. Оно равно тому усилию (кгс), которое передается зонду гидравлическим домкратом или весом груза. При использовании современных гидравлических установок оно равно: R общ =pF ц. , где р — показание манометра, отражающее давление в цилиндре гидравлического домкрата, кгс/см 2 ; Г ц - площадь поршня гидравлического домкрата, см 2 Часть усилий, расходуемых на вдавливание зонда, расходуется на преодоление сил трения между зондом и породой. Если исключить эти сопротивления, получим сопротивление горных пород, оказываемое непосредственно проникновению конуса, то есть сопротивление погружению конуса r koh R кон = R общ – R тр Современные установки для статического зондирования позволяют производить измерение общего сопротивления зондированию по показаниям манометра, а сопротивления проникновению конуса - по показаниям динамометра и индикаторов часового типа. PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 52 Удельное сопротивление - это сопротивление горных пород проникновению конуса, приходящееся на единицу его поперечного сечения. Международными конгрессами по механике грунтов и фундаментостроению (IV в 1957г. в Лондоне и V в 1961г. в Париже) было рекомендовано использовать для статического зондирования конус диаметром , площадью 10 см 2 , с углом при вершине 60°. Сопротивление горных пород трению по боковой поверхности зонда равно: R тр = R общ – R кон Современные конструкции установок для статического зондирования позволяют измерять либо общее сопротивление горных пород и сопротивление их погружению конуса, либо сопротивление проникновению конуса и величину трения по боковой поверхности зонда. После выполнения статического зондирования проводится обработка полученных данных и по результатам строится паспорт статического зондирования (рис.2.2.5.1). Область применения статического зондирования описана в таблице 2.2.5.1. Согласно СП 11-105-97 прил. И, по удельному сопротивлению на конус q 3 можно определить плотность сложения грунтов (табл. 2.2.5.2), нормативный модуль общей деформации для некоторых генетических типов песков, а также нормативные значения модуля общей деформации (Е, МПа), угла внутреннего трения (φ, град) и удельного сцепления (С, кПа) для суглинков и глин (табл. 2.2.5.3). Таблица 2.2.5.1 Область применения статического зондирования Вид и физическое состояние горных пород Статический способ зондирования Песчаные: крупно-, средне-, мелко- и тонкозернистые влажные и маловлажные; крупно-, средне- и мелкозернистые водоносные; Допускается Допускается PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 53 тонкозернистые пылеватые водоносные Глинистые (супеси, суглинки и глины): твердой, полутвердой и тугопластичной консистенции; мягко пластичной, текучепластичной и текучей консистенции Допускается Допускается Песчаные и глинистые с содержанием крупнообломочного материала Не допускается при более 25% Песчаные водоносные При определении динамической устойчивости не допускается Все виды горных работ в мерзлом состоянии: Скальные и полускальные Крупнообломочные Не допускается Таблица 2.2.5.2 Плотность сложения песков по результатам статического зондирования в соответствии с СП 11-105-97 Состав и влажность q з ,МПа Плотность сложения Крупные и средней крупности независимо от влажности <5 Рыхлые 5-15 Средней плотности >15 Плотные Мелкие независимо от влажности <4 Рыхлые 4-14 Средней плотности >12 Плотные Пылеватые маловажные <3 Рыхлые PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 54 3-10 Средней плотности >10 Плотные Пылеватые водонасыщенные <2 Рыхлые 2-7 Средней плотности >7 Плотные Таблица 2.2.5.3 Значения нормативного модуля деформации ПЕСКИ Нормативный модуль деформации грунтов. Е при Rз, Мпа 0 2 4 6 8 0 Все генетические типы, кроме аллювиальных и флювиогляциальных 2 8 4 0 6 2 8 4 0 аллювиальные и флювиогляциальные 0 2 5 8 0 3 6 8 1 Таблица 2.2.5.4 Нормативные значения модуля деформации Е Rз,Мпа Нормативные значения модуля деформации Е, угла внутреннего трения φ и удельного сцепления С суглинков и глин (кроме грунтов ледникового комплекса) E,МПа Суглинки Глины PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 55 φ,град. С,кПа φ. град. С,кПа 0.5 3,5 16 14 14 25 1 7 19 17 17 30 2 14 21 23 18 35 3 21 23 29 20 40 4 28 25 35 22 45 5 35 26 41 24 50 6 42 27 47 25 55 PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 56 Рис. 2.2.5.2 Установка С-979 конструкции ГПИ Фундаментпроект для производства статического зондирования. а - рабочее положение; б - конический наконечник; в - транспортное положение установки (без. маслонасосной станции). 1 - рама: 2- манометр; 3- шланг; 4 - измерительная головка с динамометром и индикатором часового типа; 5 - гидравлический домкрат; б- верхняя траверса; 7 PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 57 - направляющие стойки: 8 - нижняя траверса; 9 - шасси; 10 - винтовые анкерные сваи; 11 - зонд; 12- конический наконечник; 13 - внутренний стержень; 14 - наружная штанга зонда. В практике инженерных изысканий широко используется установка статического зондирования С-979 конструкции ГПИ «Фундаметпроект» (рис. 2.2.6.2). Однако в последние годы стали широко использоваться установки с тензометрическими зондами. 2.2.6 Тензометрический зонд Назначение и технические данные Зонд предназначен для определения параметров грунта методом статического зондирования. Усилия, действующие на конус и фрикционную муфту зонда при погружении, регистрируют с помощью измерительного прибора. Таблица 2.2.6.1 Основные технические данные зонда Наименование параметра Значение Диаметр зонда, мм 35,7 Площадь конуса. кв. см 10 Длина муфты трения, мм 310 Площадь муфты, кв. см 350 Максимальное усилие на конус, кг/см 2 300 Максимальное усилие на муфту трения, кг/см 2 4 Устройство зонда Конструктивная схема тензометрического зонда показана на рис. 2.2.6.1. Зонд состоит из корпуса 1, который посредством резьбы соединен с тензодинамометром 2. Во избежание откручивания тензодинамометра 2 от корпуса 1 установлен стопорный винт 3. Корпус 1 и тензодинамометр 2 размещены в полости фрикционной муфты 4, причем для исключения PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 58 попадания воды внутрь зонда, на корпусе и динамометре установлены две пары резиновых уплотнений5 и 6. В резьбовое отверстие динамометра ввернут конус 7. Второй резец динамометра 2 упирается в выступ 8 муфты 4. На измерительных участках динамометра 2 наклеены тензодатчики 9 и 10, включенные по полумостовой схеме и связанные по средством кабеля 11с прибором. Герметизация зонда со стороны кабеля 11 осуществляется с помощью уплотнения 12 и резьбовой пробка 13. В верхней части корпуса 1 нарезана прямоугольная резьба для присоединения к штангам, с помощью которых происходит погружение зонда в грунт. Тензометрический зонд работает следующим способом. При вдавливании зонда на конус 7 действует сжимающее усилие, которое передается на измерительную часть динамометра 2, деформация которой по средством тензодатчиков 9 преобразуются в сигнал, регистрируемый измерительным прибором. Трение грунта на участке фрикционной муфты 4 при погружении зонда передается через выступ 8 на вторую измерительную часть динамометра 2, на который наклеены тензодатчики, соединенные по средством кабеля с регистрирующим прибором. PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 59 Рис. 2.2.6.1 Схема тензометрического зонда Таким образом, усилия действующие на конус и муфту трения регистрируются независимо друг от друга. Проведение испытания PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 60 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 заданной глубины погружения зонда или предельных усилий, приведенных в таблице 1. По окончании испытания зонд извлекают из грунта, а скважину тампонируют. Регистрацию показателей сопротивления грунта внедрению зонда производят в журнале испытания (ГОСТ 19912-01, приложение Б), на диаграммной ленте или в блоке памяти системы регистрации. 2.2.7. Прибор для регистрации результатов статического зондирования грунтов с тензометрическим зондом Назначение Измерительный прибор разработан научно-производственным предприятием «ГЕОТЕСТ» и предназначен для работы в комплекте с тензометрическим зондом при определении механических параметров грунта путем статического зондирования. Прибор устойчиво работает в диапазоне рабочих температур от -10 до +50°С и относительной влажности воздуха до 90%. Результаты испытаний используются для комплексной оценки строительных свойств грунтов и определения несущей способности свай. PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 61 Таблица 2.2.7.1 Технические данные п/п Наименования параметра Значение параметра 1. Диапазон измерения усилия, приложенного к конусу зонда от до 2. Диапазон измерения усилия, приложенного в осевом направлении к фрикционной муфте зонда от до 3. Основная погрешность определения усилия. Приложенного к конусу зонда и фрикционной муфте соответствует ГОСТ 20069-81 4. Время установки рабочего режима не более 5 мин. 5. Напряжение питания аккумуляторная батарея от 10 до 14 В 6. Наличие автоматической защиты при коротком замыкании электродов питающего кабеля Имеется 7. Габаритные размеры, мм 350х170х100 8. Масса прибора 2,0- Устройство прибора показано на рисунке 2.2.7.1 Прибор представляет двухканальное тензометрическое устройство. На лицевой панели прибора расположены два стрелочных (цифровых) индикатора 1 и 4. Левый индикатор предназначен для регистрации удельного сопротивления грунта конусу зонда, правый - для регистрации удельного трения грунта по фрикционной муфте зонда. PISHEM24.RU 8 800 551-60-95 62 Рис. 2.2.7.1 Прибор для регистрации результатов статического зондирования Для подключения прибора к источнику питания служит электрический шнур с вилкой 13. Прибор включается тумблером 11, Кабель от тензометрического зонда подключается к специальной колодке 10. На лицевой панели расположены элементы настройки и контроля, а именно: два тумблера 3, которые служат для замыкания входов усилителей при установке нуля поворотом резисторов 6, два резистора 7 для балансировки измерительных мостов и два резистора 8 для калибровки измерительных каналов. Примечание: в вариантном исполнении резистор 6 на прибор не устанавливается. Светодиод 9 служит для контроля напряжения источника питания, лицевая панель прибора закрывается крышкой. |