Способ контроля характеристик грунтового основания при уплотнении грунта

 

Изобретение относится к строительству. Способ включает погружение измерительных зондов и измерение характеристик грунтового основания. Новым является то, что бурят скважину для уплотнения грунта и скважины для погружения в них измерительных зондов, которые располагают по окружностям с радиусом, равным 3 - 10 радиусам скважины для уплотнения грунта, погружают в скважины измерительные зонды на глубину уплотнения и измеряют характеристики грунтового основания до начала уплотнения, затем уплотняют грунтовое основание инъектированием уплотняющего раствора через скважину для уплотнения грунта, перемещают измерительные зонды вверх по скважинам на высоту, равную длине зонда, повторяют измерение характеристик грунтового основания, выдерживают измерительные зонды в указанном положении 1 - 30 суток, измеряют характеристики грунтового основания, повторяют перемещение измерительных зондов на высоту, равную их длине, и измерение характеристик грунтового основания не менее 5-6 раз, после чего по результатам всех измерений строят пространственно-временные характеристики уплотненной зоны грунтового основания. Технический результат изобретения состоит в обеспечении контроля характеристик грунтового основания при уплотнении грунта с возможностью выбора режима уплотнения. 2 з.п. ф-лы, 1 табл., 10 ил.

Изобретение относится к строительству, а именно к способам контроля характеристик грунтового основания при уплотнении грунта.

Известен способ контроля характеристик грунтового основания при уплотнении грунта, включающий погружение измерительных зондов, измерение характеристик грунтового основания до начала уплотнения, уплотнение грунтового основания и измерение его характеристик [Трофименко Ю.Г. Статическое зондирование грунтов в строительстве (зарубежный опыт).- М.: ВНИИНТПИ, 1995, с. 122, прототип].

Недостатком известного способа является невозможность использования его для контроля характеристик грунтового основания при его уплотнении с возможностью выбора режима уплотнения, контроля процесса уплотнения в пространстве и времени.

Технической задачей, решаемой изобретением, является обеспечение контроля характеристик грунтового основания при уплотнении грунта с возможностью выбора режима уплотнения, контроля процесса уплотнения и построения трехмерных пространственно-временных характеристик уплотненной зоны.

Поставленная техническая задача решается следующим образом. В способе контроля характеристик грунтового основания при уплотнении грунта, включающем погружение измерительных зондов, измерение характеристик грунтового основания до начала уплотнения, уплотнение грунтового основания и измерение его характеристик, бурят скважину для уплотнения грунта и скважины для погружения в них измерительных зондов, которые располагают по окружностям с радиусом, равным 3-10 радиусам скважины для уплотнения грунта, погружают в скважины измерительные зонды на глубину уплотнения и измеряют характеристики грунтового основания до начала уплотнения, затем уплотняют грунтовое основание инъектированием уплотняющего раствора через скважину для уплотнения грунта, перемещают измерительные зонды вверх по скважинам на высоту, равную длине зонда, повторяют измерение характеристик грунтового основания, выдерживают измерительные зонды в указанном положении от 1 до 30 суток, измеряют характеристики грунтового основания, повторяют перемещение измерительных зондов на высоту, равную их длине, и измерение характеристик грунтового основания не менее 5-6 раз, после чего по результатам всех измерений строят пространственно-временные характеристики уплотненной зоны грунтового основания.

Измерительные зонды, располагаемые в скважинах по окружностям с радиусом, равным 3-10 радиусам скважины для уплотнения грунта, позволяют одновременно измерять все важнейшие характеристики грунтового основания: плотность, модуль общей деформации, прочностные характеристики, необходимые для контроля уплотненной зоны грунтового основания. Установка их по окружностям с радиусом, равным 3-10 радиусам скважины для уплотнения грунта, определяется видом грунта в уплотняемой зоне. Установка измерительных зондов на глубину уплотнения позволяет измерить характеристики грунтового основания до начала уплотнения с тем, чтобы выбрать режим уплотнения и в дальнейшем контролировать процесс уплотнения грунта. Повторные измерения характеристик грунтового основания после уплотнения грунта инъектированием уплотняющего раствора через скважину для уплотнения грунта после перемещения измерительных зондов в скважинах на высоту, равную длине зонда, позволяет получить измерительную информацию для построения пространственно-временных характеристик уплотненной зоны грунтового основания и таким образом контролировать процесс уплотнения в пространстве и времени. Время выдержки измерительных зондов после перемещения вверх в течение 1-30 суток зависит от вида грунта и выбранного уплотняющего раствора. Перемещение измерительных зондов на высоту, равную их длине, позволяет произвести измерение характеристик грунтового основания не менее 5-6 раз, что зависит от глубины скважины, а также дает возможность получить результаты измерений с наименьшей погрешностью.

Целесообразно для обеспечения контроля характеристик грунтового основания при уплотнении грунта в зависимости от его вида скважины для измерительных зондов располагать по окружностям через 45-120^o.

Целесообразно для восстановления напряженного состояния грунта после бурения скважин и обеспечения наименьшей погрешности при контроле уплотненной зоны грунтового основания в зависимости от вида грунта диаметр скважин для измерительных зондов выбирать равным 0,8-0,95 диаметра измерительного зонда.

Таким образом, измерение характеристик грунтового основания до начала уплотнения, после уплотнения и перемещения измерительных зондов в скважинах вверх на высоту, равную длине зонда, выдержки в указанном положении и последующих измерениях характеристик не менее 5-6 раз позволяет по результатам всех измерений построить пространственно-временные характеристики уплотненной зоны грунтового основания. Результаты измерений позволяют контролировать процесс уплотнения грунтового основания и оценить реальную картину уплотненной зоны грунтового основания.

Изобретение иллюстрируется чертежами. На фиг.1 показана схема расположения скважин и уплотненной зоны; на фиг.2 - скважины для измерительных зондов и скважина для уплотнения грунта, образовавшаяся в результате погружения инъектора, в разрезе; на фиг.3 - пространственно-временные характеристики модуля общей деформации до уплотнения; на фиг.4 - то же, после уплотнения и выдержки по времени; на фиг.5 - пространственно-временные характеристики плотности до уплотнения; на фиг.6 - то же, после уплотнения; на фиг.7, 9 - пространственно-временные характеристики прочностных показателей до уплотнения; на фиг.8, 10 - то же, после уплотнения.

Способ осуществляют следующим образом. Бурят скважину для уплотнения грунта и погружают в нее с уплотнением трубчатый инъектор 1 с ножами 2 и теряемым наконечником 3. Бурят скважины 4, например, диаметром, равным 0,8-0,95 диаметра измерительного зонда, располагая их по окружностям с радиусом, равным 3-10 радиусам скважины для уплотнения грунта на глубину уплотнения (на фиг. 1 радиус окружности L=(3-10)R_и), через α=45-120^o и погружают в них продавливанием (на фиг. 1: 5 - продавленная измерительным зондом скважина) измерительные зонды 6 (например, описанные в книгах Трофименков Ю.Г., Воробков Л. Н. Полевые методы исследования строительных свойств грунтов.- М.: Стройиздат, 1981. - С. 152-159, 185-191; Ляховицкий Ф.М., Хмелевской В.К., Ященко З.Г. Инженерная геофизика.- М.: Недра, 1989, С. 124-126; Трофименков Ю.Г. Статическое зондирование грунтов в строительстве (зарубежный опыт) - М. : ВНИИНТПИ, 1995, С. 122) с измерительной штангой 7 на глубину уплотнения (фиг. 1,2). Измеряемые характеристики грунтового основания: плотность ρ, модуль общей деформации Е, прочностные характеристики С - сцепление грунта и ϕ - угол внутреннего трения - регистрируются системой измерения и регистрации 8 (фиг. 2) после выдержки по времени до начала уплотнения. Затем через инъектор 1 подают уплотняющий раствор 9 в скважину для уплотнения грунта и измеряют упомянутые характеристики грунтового основания. Перемещают измерительные зонды 6 вверх на высоту, равную их длине l, выдерживают измерительные зонды в указанном положении от 1 до 30 суток для стабилизации зоны уплотнения (на фиг.1 показано сечение 10 зоны уплотнения на глубине Z (фиг.2), определяемое по средним значениям характеристик грунтового основания) в зависимости от вида грунта и используемого уплотняющего раствора 9, затем измеряют характеристики грунтового основания; повторяют перемещение измерительных зондов на высоту, равную их длине, и повторяют измерение характеристик не менее 5-6 раз для уменьшения погрешностей измерений. По результатам всех измерений строят пространственно-временные характеристики уплотненной зоны грунтового основания (фиг.3-10).

Время стабилизации зоны уплотнения зависит от вида грунта и используемого уплотняющего раствора. Например, использование цемента в уплотняющем растворе приводит к цементации грунта и ускорению процесса стабилизации зоны уплотнения по сравнению, например, с глинистыми уплотняющими растворами, при использовании которых сцепление увеличивается медленнее. На фиг.3-10 показано изменение характеристик грунта в зависимости от глубины Z и расстояния L (штриховой линией показано изменение характеристик после выдержки в течение 10 суток).

Зависимость основных пространственно-временных физико-механических характеристик упрочненного грунта от основных параметров представлена в таблице.

Таким образом, описанный способ позволяет контролировать зону уплотнения по характеристикам грунтового основания, измеряемым до начала уплотнения и в процессе уплотнения, и учитывая эти характеристики, обеспечивать необходимое уплотнение и упрочнение грунтового основания.

В таблице L - расстояние от скважины для уплотнения грунта до оси скважины с измерительными зондами; Z - глубина скважины для уплотнения грунта; t - промежуток времени после инъектирования; Р - давление инъектирования; k_ф - коэффициент фильтрации фунта; η - коэффициент, характеризующий в процентах количества цемента или другого связывающего материала; ρ_ср, C_ср, ϕ_ср, E_ср - среднее арифметическое значение характеристик для соответствующей глубины Z_i и угла α_i; W - естественная влажность грунта определяется одновременно с измерением плотности в естественном состоянии. Физико-механические характеристики упрочненного грунта в зависимости от начальной его влажности составляют отдельные семейства характеристик.

Пример реализации способа. Уплотнение основания фундамента, состоящего из семиметровой толщи просадочной супеси, и контроль характеристик грунтового основания проводят следующим образом. Трубчатый инъектор 1 со щелеобразующими ножами 2 и теряемым наконечником 3 погружают с поверхности на глубину 7 м. На расстоянии 150 мм (радиус окружности) от центра инъектора до центра измерительной скважины бурят три скважины для измерительных зондов глубиной 8 м, диаметром 35 мм через 120^o и продавливают в них трубы диаметром 42 мм для измерения плотности-влажности грунта радиоизотопным методом, трехсекционную крыльчатку - для измерения угла внутреннего трения и сцепления грунта с длиной зонда l=700 мм и трехсекционный прессиометр - для измерения модуля общей деформации с длиной зонда l=700 мм. На расстоянии 300 мм (радиус окружности от центра инъектора до центра измерительной скважины) пробуривают шесть аналогичных скважин через 60^o, причем скважины, расположенные по второй окружности, не находятся в створе скважин, расположенных по первой окружности, и устанавливают в них комплекты указанных выше измерительных приборов. После двух дней выдержки, достаточных для стабилизации характеристик грунтового основания, производят измерение плотности-влажности в трех скважинах по всей их высоте и измерение механических характеристик в нижней части скважин. Затем поднимают инъектор 1 на 500 мм, выбивают теряемый наконечник 3, производят через инъектор уплотнение уплотняющим раствором до давления 0,9 МПа, перекрывают подачу раствора, забивают инъектор на 450 мм и повторяют уплотнение инъектированием уплотняющего раствора; операции с перемещением инъектора и инъектированием уплотняющего раствора повторяются до окончания инъектирования. В результате уплотнения грунт восстановил свои свойства через три дня после уплотнения, в дальнейшем производят измерение указанных характеристик грунтового основания. Затем крыльчатки и прессиометры поднимают на 700 мм и выдерживают 5 суток до измерения указанных характеристик, после чего измерения повторяют. Этот цикл продолжают до глубины 2 м, где находится граница зоны уплотнения. Проведенные измерения позволили зафиксировать случайные отклонения характеристик грунтового основания и определить их средние значения, приемлемые для расчета оснований с необходимой точностью, построения пространственно-временных характеристик уплотненной зоны грунтового основания и контролирования зоны уплотнения.

Формула изобретения

1. Способ контроля характеристик грунтового основания при уплотнении грунта, включающий погружение измерительных зондов, измерение характеристик грунтового основания до начала уплотнения, уплотнение грунтового основания и измерение его характеристик, отличающийся тем, что бурят скважину для уплотнения грунта и скважины для погружения в них измерительных зондов, которые располагают по окружностям с радиусом, равным 3 - 10 радиусам скважины для уплотнения грунта, погружают в скважины измерительные зонды на глубину уплотнения и измеряют характеристики грунтового основания до начала уплотнения, затем уплотняют грунтовое основание инъектированием уплотняющего раствора через скважину для уплотнения грунта, перемещают измерительные зонды вверх по скважинам на высоту, равную длине зонда, повторяют измерение характеристик грунтового основания, выдерживают измерительные зонды в указанном положении 1 - 30 суток, измеряют характеристики грунтового основания, повторяют перемещение измерительных зондов на высоту, равную их длине, и измерение характеристик грунтового основания не менее 5 - 6 раз, после чего по результатам всех измерений строят пространственно-временные характеристики уплотненной зоны грунтового основания.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что скважины для измерительных зондов располагают по окружностям через 45-120^o.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что диаметр скважин для измерительных зондов выбирают равным 0,8 - 0,95 диаметра измерительного зонда.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11