Рекомендации

по испытанию грунтов методом лопастной прессиометрии

■о ■■жеаервмы ■•ыскдпдм

■ стротлитм (ПНИИИС) Госстрое СССР

Рекомендации

по испытанию

грунтов

методом

лопастной

прессиометрии

Москва Стройна дат 1985

19 20 21

Рис.З. Конструктивная схема лопастного прессиометра ЛПМ-17/1А

1 — корпус: 2 — распорный штамп; 3 — рейка штампа; 4 — шестерня; 5 — тяговая рейка; 6 — палец; 7 - нагрузочные трубы; 8 — внутренний стержень; 9 — корпус нагрузочного устройства; 10 — тарированные грузы; /7 — подвеска; 12 — тросик; 13 — секторный рычаг; 14, 15 — шестерни; 16 — стопор; 17 — стойка; 18 — прогибом ер; 19 — проволока; 20 — отвес; 21 — резьбовый стержень; 22 — зубчатая рейка; 23 — переходник; 24 - рычаг

2.3.    Рабочие наконечники лопастных прессиометров ЛПМ-14 и ЛПМ-15А перед испытанием грунта в скважине необходимо оборудовать сменными направляющими цилиндрами-центраторами, диаметры которых соответствуют диаметрам скважин.

2.4.    Последовательность н принцип работы лопастных прессиометров ЛПМ-14, ЛПМ-15А, ЛПМ-17/1А заключается в следующем.

В корпус рабочего наконечника, дополнительно оснащенного цилиндром-центраторой при испытании грунта в скважине, ввинчивают кулачковую гайку с целью исключения раскрытия штампов прибора при его погружении в грунт. Для этого первый внутренний стержень соединяют с цилиндром и фиксируют пальцем, а цилиндр свинчивают с коронной втулкой и стопорят штифтом. Цилиндр с коронной втулкой размещают на рейке, вводят в зацепление коронную втулку с кулачковой гайкой и, вращая внутренний стержень, завинчивают кулачковую гайку в корпус до упора нижнего торца кулачковой гайки в уширенную часть рейки.

Рабочий наконечник прибора погружают в грунт на заданную глубину, постепенно наращивая колонну наружных труб с внутренними стержнями. При этом внутренние стержни фиксируют между собой пальцами.

Достигнув отметки испытания, монтируют нагрузочное устройство на колонне наружных труб с внутренними стержнями. Для этого внутренний стержень соединяют с силовой зубчатой рейкой посредством переходника и резьбового стержня с гайкой, а корпус нагрузочного устройства - с наружной трубой. На стойке нагрузочного устройства закрепляют прогибомер, стальную проволоку которого соединяют с резьбовым стержнем и отвесом. Секторные рычаги переводят в верхнее исходное рабочее положение и фиксируют их гайкой резьбового стержня.

На подвески нагрузочного устройства устанавливают необходимые тарированные грузы. Нагрузка от веса тарированных грузов через секторные рычаги и шестерни передается на силовую зубчатую рейку, далее через внутренние стержни и тяговую зубчатую рейку — на шестерни и упорные зубчатые рейки рабочего наконечника, вызывая перемещение распорных штампов, которое фиксируется проги-бомером.

После тарировки наружных труб и внутренних стержней испытывают грунт по заданной программе. При испытании в случае перемещения секторных рычагов в нижнее

14

крайнее положение их переводят с помощью рычага в верхнее положение, не устраняя нагрузки на силовую зубчатую рейку.

После проведения испытания грунта тарированные грузы удаляют с подвесок. Прогнбомер снимают с нагрузочного устройства. Откидывая стопоры, секторные рычаги опускают в нижнее положение, отвинчивают гайку с резьбового стержня и корпус нагрузочного устройства от наружной трубы. Переходник с резьбовым стержнем отделяют от внутренного стержня.

Затем верхний фиксатор устанавливают на наружной трубе и с помощью фиксирующего болта перемещают внутренние стержни вниз относительно наружной трубы, возвращая распорные штампы в исходное положение.

С помощью буровой установки извлекают рабочий наконечник из грунтового массива при постоянной фиксации положения внутренних стержней относительно наружных труб, исключая произвольное раскрытие распорных штампов.

2.5. Плавающая буровая установка (ПБУ) при испытании грунтов лопастными пресснометрамн должна иметь: необходимую грузоподъемность (не менее 300 кН) и запас плавучести:

достаточный запас прочности корпуса, позволяющий производить работы при волнении воды 2—3 балла;

продольную и поперечную устойчивость к внешним силам (давление ветра, действие волн, перемещение грузов, усилие на извлечение оборудования из грунтового массива, натяжение буксирного троса и т. п.);

непотопляемость, обеспечиваемую разделением плавучего основания водонепроницаемыми переборками на отсеки;

боковые и торцевые кили дли уменьшения качки ПБУ; надежные якорно-швартовые устройства; сквозной буровой проем с минимальными размерами в плане 0,8x8 м, перекрываемый откидными щитами;

сигнализацию, спасательное снаряжение, а также осветительные, противопожарные и осушительные средства.

Буровая установка должна обеспечивать ударно-канатное и вращательное бурение скважин с глинистым раствором начальным диаметром не менее 248 мм, спуск н извлечение обсадных труб, колонны наружных труб и внутренних стержней с рабочим наконечником лопастного прессио-метра. Рекомендуемыми буровыми установками являются УГБ-50М, СБА-500.

На плавсредстве необходимо иметь необходимый запас буровых, обсадных и наружных труб и внутренних стерж-

15

УДК 624. 131.38

Рекомендованы к изданию решением секции технологии и техники инженерных изысканий Научно-технического совета ПНИИИС Госстроя СССР.

Рекомендации по испытанию грунтов методом лопастной прессиометрии /ПНИИИС. — М.: Строй-издат, 1985. — 48 с.

Приведены основные положения по испытанию грунтов методом лопастной прессиометрии, дано описание лопастных прессиометров и прессиомет-ров-сдвигомеров, их назначение и область применения, рассмотрена методика полевого испытания грунтов и обработки полученных результатов.

Для инженерно-технических работников, исследующих свойства песчаных грунтов на объектах изысканий.

Табл. 7, нл. 9.

Ш> Стройиэдат, 1985

3202000000-51S

Р------------Инструкт.-нормат.,    11    вып.    -    42-84

047(01)-85

ВВЕДЕНИЕ

Применяемый за рубежом метод испытания грунтов обуривающнми пресснометрами является более прогрессивным по сравнению со скважинной прессиометрией, хотя использование и этого метода также ограничено грунтовыми условиями.

На основе опыта использования существующих полевых методов испытаний грунтов на сжимаемость и прочность ПНИИИС Госстроя СССР впервые в отечественной практике разработал метод лопастной прессиометрии для определения модуля деформации, относительной просадочностн, угла внутреннего трения и удельного сцепления песчаных и глинистых грунтов.

При определении модуля деформации и относительной просадочностн грунта методом лопастной прессиометрии рабочий наконечник лопастного двутаврового сечения вдавливают на заданную глубину грунтового массива, глинистый грунт замачивают при определении его относительной просадочностн, создают распорными жесткими штампами нормальное давление на грунт ступенями удельных нагрузок и регистрируют соответствующие им деформации грунта.

Для определения прочностных характеристик грунта используют разновидности метода лопастной прессиометрии — поступательный срез н вращательный с пригрузкой. Метод поступательного среза заключается в испытании на

3

срез грунта, предварительно уплотненного или неуплотненного нормальным давлением, проводимом путем приложения вертикальной срезающей (касательной) нагрузки и смещения грунта по боковой поверхности, образуемой в массиве вертикальным перемещением зубчатых штампов лопастного прессиометра-сдвигомера. При применении вращательного среза с пригрузкой после создания нормального давления на грунт его срезают, вращая круглый штамп с радиальными зубьями.

Практика широкого применения лопастных прессиомет-ров и пресснметров-сдвнгомеров на объектах изысканий при исследовании механических свойств песчаных и глинистых грунтов (СтавропольТИСИЗ, РостовДонТИСИЗ, МосТИСИЗ, Союзводоканалпроект, Укргипроводхоз, Укр-ГИИНТИЗ, Госгорхимпроект, АрмГИИГИС, Латгипро-пром, Теплоэлектропроект, Союзгипроводхоз, ПНИИИС и др.) подтвердила высокую их эффективность и способствовала отработке методики испытаний и Конструкций приборов.

Конструкции лопастных прессиометров и прессиомет-ров-сдвигомеров защищены авторскими свидетельствами СССР №>511407,850798, 973701.

Расчетная годовая экономическая эффективность от использования одного лопастного прессиометра при инженерных изысканиях в строительстве составляет 29,5 тыс. руб., прессиометра-сдвигомера — 21,6 тыс. руб.

Демонстрация лопастных прессиометров и прессномет-ров-сдвигомеров на ВДНХ с 1975 по 1981 г. позволила ознакомиться с ними широкому кругу специалистов. В 1982 г. эти приборы приняты межведомственной комиссией и рекомендованы к серийному изготовлению.

Комплект лопастных прессиометров и прессиометров-сдвигомеров малыми сериями выпускает Рязанская экспериментальная база ПНИИИС (390011, г. Рязань, Куйбышевское шоссе, 11).

Рекомендации подготовлены ПНИИИС (д-р техн. наук Л. С. Амарян, канд. геол.-минерал. наук А. В. Васильев, кандидаты техн. наук Б. В. Цынский, В. А. Миронов, Е. Н. Хрусталев, инженеры А. П. Пичкунов, Ю. Ф. Якимов, В. Н. Малышев, В. В Федосеев).

Замечания и предложения просим    направлять.по адре

су: 105058, Москва, Окружной проезд, 18, ПНИИИС.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1.    Полевые испытания песчаных и глинистых грунтов лопастными прессиометрами следует проводить для определения модуля деформации (Е), а лопастными прессио-метрамн-сдвигомерамн — угла внутреннего трения ({?) и удельного сцепления (с).

Испытания просадочных грунтов лопастными прессиометрами необходимо проводить для определения модуля деформации грунта природной влажности (E_t) и в водонасыщенном состоянии (Е_л), начального просадочного давления (р„_р) и относительной просадочности (&_пр ).

1.2.    Выбирать методы и приборы для проведения полевых испытаний грунтов следует в соответствии с табл. 1.

U. На отметке испытания должны быть определены состав и физические характеристики грунта согласно требованиям главы СНиП по проектированию зданий и сооружений.

1.4. Толщина однородного слоя грунта должна быть не менее 1,5 высоты (диаметра) штампа рабочего наконечни-

1.5.    ри подготовке к испытаниям грунтов скважины следует проходить без промывочной жидкости и без подлива в них воды, перекрывая водоносные горизонты и неустойчивые грунты обсадными трубами.

Для проведения испытаний ниже забоя скважины в массиве насыщенных водой песчаных грунтов, создающих грунтовые спробки», допускается бурить скважины с глинистым раствором. При достижении заданной глубины скважину необходимо заполнять глинистыми шариками на 2—3 м выше забоя и устанавливать коловну обсадных труб до забоя.

1.6.    В неустойчивых грунтах скважины необходимо крепить до глубины, меньшей отметки испытания грунта на 1,5 высоты (диаметра) штампа рабочего наконечника прибора.

1.7.    Скважины в интервале 1 м выше и ниже отметки испытаний грунтов рекомендуется проходить:

вдавливающим или ударно-канатным (забивным) способом кольцевым забоем с использованием тонкостенного бурового цилиндрического наконечника, нижний режущий край которого имеет внутренний угол заострения 10—15°;

вращательным способом с использованием колонковой трубы или шнека, частота вращения которых не должна превышать 100 об/мин, а осевая нагрузка — 1 кН (100 кгс).

5

Грунт

Пылеватые и глинистые - Выше у ров- До 10 глины, суглинки с показа- ня подзем-телем консистенции менее ных вод 0,25, супеси — менее 0

Песчаные (устойчивые в стенках скважины) ; пылеватые и глинистые - глины, суглинки с показателем консистенции 0,2 5-0,75, супеси —О— 1

Песчаные — средней плот-    Выше и ни-    До    30    146    Ниже    150

ности и рыхлые (неустой-    же уровня    -----------забоя    ---

чивые в стенках скважины)    подземных    »    10    219    сква-    300

вод    жины

Пылеватые и глинистые —    От    10    146    150

глины с показателем кон-    до    30

систенции более 0,75, супеси — более !

Глинистые — илы с показа-    По всей    — В масс и-

телем консистенции более 1    толще    ве    без

бурения скважины    600

Биогенные    Выше    уров-    В стен-

ня подзем-    ках про-

ных вод    филиро

ванной скважи-_    ~    ны

________До    10    _______________

Выше и ни-    219    Ниже за- 300

же уровня    боя.сква-

подземных    жины

вод

1.8.    При испытании грунта в скважине глубина ее должна быть на 1-3 м больше отметки испытания.

1.9.    Время между окончанием проходки скважины и началом испытания грунта не должно превышать 3 ч.

1.10.    Грунт на месте испытания должен быть защищен от проникания поверхностных вод и атмосферных осадков, а в зимнее время — от промерзания.

1.11.    Вертикальность мачты установки необходимо проверять отвесом в процессе подготовки к испытанию.

6

1.12. Рабочий наконечник прибора рекомендуется вдавливать в грунт до отметки испытания.

Допускается в песчаные, а также глинистые грунты с показателем консистенции 0—0,5 погружать рабочий наконечник лопастного прессиометра ЛПМ-17/1А до отметки испытания забивным способом с использованием стандартных ударных патронов диаметрами 108—168 мм. При этом время между окончанием забивания рабочего наконечника прибора и началом испытания грунта должно быть не менее 2 ч.

1-13. При погружении рабочего наконечника в скважину на глубину более 5 м и при работе на акватории в обсадных трубах необходимо на наружных трубах прибора устанавливать центрирующие фонари с интервалом 3— 4,5 м.

1.14. При испытании грунта измерительные приборы следует защитить от воздействия атмосферных осадков.

1.15.    После монтажа всех устройств и измерительной системы должны быть установлены приборы, показания их записаны в журнал полевых испытаний грунтов как исходные для проведения испытания.

1.16.    После окончания испытаний грунтов скважину необходимо тампонировать грунтом и закрепить временным знаком с соответствующей маркировкой.

г ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ ГРУНТОВ И поел Е ДОВ АТ ЕП ЬНОСТЬ РА БОТЫ С Н ИМ И

Лопастные прессиометры ЛПМ-14, ЛПМ-15А и ЛПМ-17/1А

2.1.    В комплект лопастного прессиометра входят рабочий наконечник; нагрузочное устройство с прогибомером и комплектом тарированных грузов; наружные трубы и внутренние стержни; тарнровочное устройство.

Технические характеристики лопастных прессиометров приведены в табл. 2.

2.2.    Рабочие наконечники лопастных прессиометров ЛПМ-14, ЛПМ-15А н ЛПМ-17/1А (рис. 1—3) состоят из корпуса, имеющего в поперечном сечении форму двутавра, распорных жестких штампов прямоугольной формы, жестко связанных с упорными зубчатыми рейками, шестерен и тяговой зубчатой рейки. Наружные трубы свинчиваются с корпусом, а внутренние стержни — с тяговой рейкой рабочего наконечника.

Нагрузочное устройство состоит из корпуса с двумя секторными рычагами, оснащенными тросиками с подвес, ками для размещения тарированных грузов, шестерен со стопорами, стойки для крепления прогнбомера со стальной или ннхромовой проволокой и отвесом для ее натяжения, резьбового стержня с гайкой, силовой зубчатой рейки и переходника. Рычаг предназначен для перевода секторных рычагов в исходное рабочее положение.

Верхний фиксатор перемещения внутренних стержней относительно наружных труб, состоящий из резьбового переходника, фиксирующего болта, предназначен для устранения произвольного раскрытия распорных штампов в процессе погружения или извлечения рабочего наконечника нз массива грунтов.

Приспособление для фиксации и тарировки лопастных прессиометров ЛПМ-14, ЛПМ-15А или приспособление для фиксации и тарировки к прессиометру ЛПМ-17/1А (рис. 4) расположено между корпусом рабочего наконечника и наружными трубами с внутренними стержнями. Оно состоит из трубы с корпусом, в котором расположен цилиндр. Штифтами внутренние стержни и цилиндр соединены между собой. В нижнюю часть цилиндра ввинчена коронная втулка, зафиксированная штифтом, а в корпус кулачковая гайка.

Внутри кулачковой гайки, коронной втулки и цилиндра свободно расположена рейка рабочего наконечника. В верхней части рейки штифтом закреплена упорная гайка.

8

Таблица 2

Основные параметры    Лопастные    прессиометры    I    Прессиометры-сдаигомеры

[_ЛПМ|4 j ЛПМ~15А £~ЛПМ~17/1А J ЛПМ-14С    |"~ЛПМ~15С~J~SnM~22C

Диаметр:

Размер штампа, мм 1)0x400 100x300 70x140 150x400 100(300 мнвм.тр. 80.112 Плошшь штампа, см2 600 300 150 600 300 50;100 Количество штампов, шт. 2 2 1 2 2 1 Рсбочий ход штампа, мм $0 30 20 50 30 16 Максимальное давление. 0.5(5) 0.5(5) 1.0(10) 0.5(5) 0.5(5) 0.5(5) на штамп. МПа (кгс/см*) Передаточное число иакоиечиика 2.53 1.0 1.0 2.53 1.0 0.718 Максимальное усилие покупатель- — — — 30(3000) 15(1500) — кого среза, кН (кге) Габариты, мм: 868x256x153 735x168x100 7^рх105x90 868x2S0x153 800x174x100 417x118x114 рабочего наконечника наружной трубы 50x1060 50x1060 50x1060 50x1060 50x1060 50x1045 (диаметр х длина) внутреннего стержна (диаметр х длина) нагрузочного устройства 22x1019 22x1019 22x1019 22x1019 22(1019 16x1016 1084x105x400 1084x105x400 1084.105x400 1084х105x400 1044ж 105(400 730(360x200 срезного устройства — — — 485(250(550 485x250x580 Масса, кг; рабочего какоисчмиха 50 16 14.2 46.2 17.5 6.7 наружной трубы 8.3 8.3 2.7 8.3 8. Э 7.5 внутреннего стержня 2.9 2.9 1,7 2.9 2.9 1.6 нагрузочного устройства 10.5 10.5 10.5 10.5 10.5 13.2 тарированных грузов 96 120 33 96 120 80 ере того устройства — 317.2 — 35 35 Общаи масса комплекта 327 164 358 352 320.8 прибора, кг