Производя геологические изыскания нельзя забывать о том, что проектная глубина скважин наряду с ее значением является определяющим фактором при выборе типа и мощности бурового станка, основных параметров инструмента и бурового оборудования , косвенно влияет на начальный диаметр скважины и т.п..
В соответствии с глубиной бурения скважины условно подразделяются:
. до 10 м (неглубокие);
. от 10 до 30 м (средней глубины);
. от 30 до 100 м (глубокие);
. свыше 100 м (весьма глубокие).
Область применения и специфика различных типов бурения скважин.
В табл. 2 приводится краткий перечень применяемых в настоящее время механических способов бурения. Список приведен с применением терминологии, используемой в буровом деле применительно к инженерно-геологическим скважинам. Здесь и далее подразумевается что инженерно-геологические изыскания по умолчанию являются главным критерием при выборе типа бурения.
| № типа | Типы бурения | особенности типа бурения |
| 1 | 2 | 3 |
| 1 | Колонковый | Вращательное бурение скважин малого диаметра кольцевым забоем в породах небольшой твердости последовательными углублениями, главным образом породоразрушающим твердосплавовым буром с низкой частотой вращения для получения керна, с закреплением или без закрепления стенок скважины обсадными трубами. Колонковый способ с продувкой – с выносом продуктов разрушения потоком воздуха. Призабойный с циркуляцией – с вымыванием продуктов разрушения водой; |
| 2 | Медленно-вращательный | Вращательное бурение скважин различного диаметра в грунтах небольшой твердости рейсовыми углублениями, сплошным забоем, ложковыми, спиральными, либо тарельчатыми бурами. Образцы получаются в виде перетертых и перемятых комков породы. |
| 3 | Шнековый | Применяется при бурении скважин относительно малого диаметра одним рейсом с применением долот. Обсадные трубы в этом случае не применяются |
| 4 | Винтовой | Вращательное бурение скважин любого диаметра в грунтах малой твердости с очень низкой частотой вращения инструмента и с использованием спиральных буров. |
| 5 | Роторный | Вращательное бурение скважин любого диаметра в грунтах любой степени твердости в одними рейсом основном сплошным забоем с отводом продуктов разрушения породы прямым или обратным потоком промывочной жидкости, с использованием промывочного насоса, и с получением образцов в виде керна или шлама |
| 6 | Ударно-контактный | Бурение скважин различного диаметра в породах любой степени твердости. Удаление продуктов разрушения осуществляется механическим способом с использованием желонки, продукты разрушения получаются в виде шлама. Как правило, применяются обсадные трубы. |
| 7 | Вибрационный | Бурение скважин небольшого диаметра в породах малой степени твердости. Продукты разрушения принудительно не удаляются. Образец породы получают в виде керна. |
| 8 | Вдавливание | Бурение скважин небольшого диаметра в породах малой степени твердости с применением кольцевого. Продукты разрушения принудительно не удаляются. Образец породы получают в виде керна |
| 9 | Статическое зондирование | То же, что и п.8, но без отбора образцов. |
| 1 | 2 | 3 |
Колонковое бурение – наиболее широко используемый метод проходки скважин. Главным преимуществом такого способа бурения является его универсальность (возможность проходки скважин практически во всех типах горных пород), возможность получения керна с очень малыми нарушениями природного сложения грунта, относительно большая возможная глубина бурения, хорошая отработанность данной технологии. Главный из недостатков – сравнительно малый диаметр скважин.
Медленновращательное бурение. Его принцип состоит в том, что углубление скважины осуществляется инструментом режущего типа путем срезания с забоя сплошной стружки. Эта технология бурения отличается большой простотой применяемой технологии.
Шнековое бурение. Главная особенность этого способа состоит в том, что процессы удаления продуктов разрушения и углубления скважины совмещены. Существенное преимущество: высокая механическая скорость процесса, довольно большой диаметр скважин, не требуется вода для промывки.
Винтовое бурение. Используется редко. Принцип метода состоит том, что винтовой породоразрушающий инструмент ввинчивается в грунт, а следом извлекается на поверхность. В этом случае размещенный на лопастях бурового снаряда грунт удаляется по боковым поверхностям. Этот метод используется только в мягких и рыхлых грунтах.
Роторное бурение. Используется исключительно для бурения гидрогеологических скважин на воду, дает возможность бурить скважины различного диаметра и практически любой глубины.
Ударно-канатное бурение. Существенным отличием этого способа является высокая производительностью (до 15м за смену) и его простота. Существенный недостаток метода: невозможность проходки скважин в скальных грунтах, а так же невозможность отбора качественных монолитов и малая длина рейса,.
Вибрационный способ бурения. Самый производительный из всех ( 50-70 м за смену). Вибрационное бурение позволяет обеспечивать проведение качественной геологического документирования обследуемого разреза.
Способ и вид бурения необходимо выбирать в соответствии со свойствами исследуемых грунтов, глубины и предназначения скважины, а также условий осуществления геологических изысканий. Выбранный метод бурения должен гарантировать хорошее качество получаемой инженерно-геологической информации о грунтах и достаточно высокую производительность процесса бурения.
При небольших объемах буровых работ рекомендуется применять универсальные способы, которые гарантируют бурение скважин в большинстве разновидностей пород. При больших объемах буровых работ в однотипных условиях изысканий стоит выбирать такие способы, которые обеспечивают высокую производительность (пневмоударный, вибрационный, вибрационно-вращательный и т.п.).
Роторный и ударно-канатный способы бурения следует применять только при бурении гидрогеологических скважин.
К числу главных задач проходки буровых скважин когда проводятся инженерно-геологические изысканияотносится изучение геологического разреза с определением физико-механических свойств исследуемых грунтов.
Отбираемые с целью изучения геологического разреза образцы, должны отображать все текстурные, текстурные, а так же остальные особенности грунтов: точную последовательность в залегании слоев, их мощность и положение контактов, включения, примазок, тонких прослоев, гнезд, а так же их консистенцию и возможную водоносность грунтов.
В полевых условиях главным методом изучения полученных образцов является визуальный осмотр. Для этого используются лупа (увеличительное стекло), нож, а так же кислота. Предметом для изучения является извлеченный из скважины керн, перемятые комья породы, в некоторых случаях шлам.
С помощью опытных работ, по отбираемым из скважин монолитам определяются физико-механические свойства грунтов.
Отобранные из скважин образцы должны максимально обеспечивать соответствие их свойств свойствам тех слоев, из которых получены эти образцы . На практике главенствующей методикой оценки монолитов является высокоточный лабораторный анализ.
Отбор образцов с целью проведения их геологической документации может быть осуществлен с использованием практически всех способов бурения, которые способны обеспечить получение керна или же перемятых комков грунтов. В качестве буровых инструментов могут применяться зонды, колонковые трубы, шнеки, стаканы, ложковые или спиральные буры. Наиболее часто с этими целями используют скважины с диаметром 108-168 миллиметров.
В процессе отбора монолитов применяются специализированные устройства – грунтоносы. Режимы, способы погружения и размеры отбираемых монолитов строго регламентированы. Сам процесс отбора монолитов – специальная операция и по этому она не относится к процессу углубления скважины.
В условиях их естественного залегания грунтов применение статического зондирования является одним из наиболее перспективных методов в их исследовании.
В соответствии с ГОСТ 20069 – 74 статическое зондирование в сочетании с остальными инженерно-геологическими методами (ударно-вибрационное и динамическое зондирования) обычно применяется с целью определения:
. инженерно-геологических элементов (мощность, граница распространения
грунтов различного состояния и состава);
. однородности грунтов по глубине и площади;
. глубин залегания кровли крупнообломочных и скальных грунтов;
. приблизительной количественной оценки параметров грунтов
(плотности, угла внутреннего трения, модуля деформации и др.)
. значения сопротивления грунта под сваями по их боковой поверхности;
.степени упрочнения и уплотнения с течением времени грунтов искусственного происхождения.
Статическое зондирование надлежит выполнять в соответствии с программой, составляемой на основе требований СНиП II-9-78 «Инженерные изыскания для строительства. Основные положения».
Величина глубины зондирования как правило, должна быть, не менее 10 м. Менее 10метров глубина скважин бывает, при изысканиях при строительстве легких сооружений но не менее 5 метров. Также глубина зондирования может быть меньше чем 10 метров при близком залегании от поверхности коренных пород, а также плотных несвязных или твердых глинистых грунтов с высокой несущей способностью. При этом требуется убедиться в том, что под конусом зонда расположен несущий слой достаточной мощности. Надежно убедиться в это можно, пробурив хотя бы одну скважину и заглубив ее в плотный слой как минимум на три метра.
Статическое зондирование выполняется циклами, в которые входит:
• - через каждые 20 см – регистрация значений сопротивления грунта вдавливанию или непрерывной автоматической фиксацией с помощью диаграммной ленты.
• наращивание следующего звена штанг или поднятие штока домкрата в верхнее положение ;
Испытания заканчиваются после достижения конусом зонда проектной глубины или максимальных усилий на зонд или конус в целом.
При анализе результатов, полученных в результате статического зондирования с целью определения физико-механических свойств породы надо иметь ввиду следующие моменты - так как данные статического зондирования применяют для определения параметров грунтов, при обработке полученных результатов вначале определяется среднее арифметическое значение для выделенного инженерно-геологического слоя по данным первого зондирования, а потом среднее арифметические значения для исследуемого слоя по данным всех относящихся к данной площадке точек зондирования.
Для проведения исследований физико-механических свойств грунтов в лабораторных условиях отбирают пробы как с нарушенной так и ненарушенной (монолитной) структурой. Тип пробыв основном зависит от состояния и цели исследования горной породы, а методика отбора – от вида разведочной выработки из которой предполагается делать отбор пробы. Когда проводят инженерно-геологические изыскания используют 3 способа отбора проб: это валовый, бороздовый и точеченый. Валовый метод заключается в проведении исследования всей извлеченной из выработки породы. При бороздовом методе отбора проб по всему исследуемому пласту вкрест его расположения наносят борозды, из которых осуществляется забор грунта. Точечный метод основывается на том, что слой грунтов характеризуют малым количеством образцов относительно малого размера. Два первых метода в основном применяются в разведке строительных материалов
Физико-механические свойства грунтов при проведении инженерно-геологических изысканий исследуют со следующими целями:
. для классификации пород и выделения пластов, литологических слоев и прочих
элементов геологических разрезов;
. для определения расчетных параметров физико-механических свойств
грунтов, слагающих основание проектируемых зданий, естественных и
искусственных откосов;
. для оценки характеристик образцов породы, предполагаемой для использования в качестве строительного материала.
Отбор монолитов производится с целью определения расчетных характеристик физико-механических параметров связных грунтов.
Для рыхлых грунтов песчаного типа, возможна замена монолита пробой с нарушенной структурой, но в таких случаях
Необходимо определить плотность породы в естественном залегании полевыми способами.
При проведении отбора проб соблюдаются следующие главные правила:
. взятая проба должна быть характерной для того слоя, из которого она получена ,и не содержать загрязняющих примесей и случайных включений;
. любая проба должна быть сразу же упакована, маркирована этикеткой
установленной формы, отмечена на зарисовке горной выработки и занесена в журнал разведочных выработок. ;
. по завершении процесса регистрации и упаковки проба грунта должна быть сразу же отправлена в полевую лабораторию или в специальное место хранения образцов.
Объем отобранных проб должен быть полностью достаточным для выполнения всех лабораторных процедур.
Объемы проб для образцов с нарушенной структурой для скальных и
крупнообломочных должен быть более 2 тыс. куб.см, для песчаных – более
1 тыс. куб см, для глинистых – не менее 0,5 тыс. куб.см.
Форма монолитов, отбираемых из горных выработок, обычно имеет форму цилиндра ( образцы, взятые из скважин) или куба.
После того как монолит извлечен из грунтососа , его необходимо очистить от шлама и немедленно осуществить консервацию с целью сохранения естественной влажности и структуры грунта. На практике используются 2 метода консервации: парафинирование и упаковку в жесткую тару. При использовании метода упаковки монолита следует пометить его верх и при необходимости задать ориентировку по странам света.
Монолит, взятый из жесткой тары, в начале покрывают слоем парафина, туго обвязывают марлей, заранее пропитанной горячим парафином. Следом поверх марли, его заливают дополнительно слоем парафина, повторно обвязывают марлей и заливают третьим, финишным, слоем парафина. До начала заливки парафином на верхнюю грань образца монолита прикрепляют этикетку, обернутую в кальку, которую также заливают парафином. Другой экземпляр этикетки с помощью расплавленного парафина, закрепляют на поверхности запарафиненного образца и тоже заливают не толстым слоем парафина.
Монолиты грунтов, предназначенные для отбора в обойму (жесткую тару) или специально сделанные для этого деревянные или металлические ёмкости, упаковывают в этой же таре. На переднюю грань образца монолита между крышкой и резиной прикрепляют этикетку, а её дубликат размещают на поверхности самой жесткой тары.
Для процесса покрытия монолитов парафином используют смесь, состоящую из 2х весовых частей парафина и 1й весовой части гудрона, которую разогревают приблизительно до температуры 60-65 градусов по Цельсию и уже готовой смесью заливают образцы. Транспортировать монолиты надлежит в ящиках из дерева. Во избежании возможности повреждения такой упаковки пустоты между монолитами заполняют древесными опилками или аналогичным синтетическим заполнителем. Образцы мерзлых пород надлежит сохранять от возможности оттаивания, а талых от замерзания, так как при этом они неизбежно утеряют первоначальную структуру. Таковы основные моменты при проведении инженерно-геологических изысканий на практике в полевых условиях.