Динамическое, ударно-вибрационное и статическое зондирование, пенетрационно-каротажный метод

Методы относятся к специальным инженерной геологии. Они основаны на том, что песчано-глинистые породы в зависимости от их состава и свойств оказывают различное сопротивление режущему профилю, чаще всего коническому наконечнику.

По способу погружения конуса (забивка, вдавливание) разли­чают динамическое и статическое зондирование. Динамическое зондирование предназначено для исследования песчано-глинистых пород; содержащих не более 40 % крупнообломочного материала, на глубину до 20 м. С помощью этого метода можно расчленить разрез пород на слои, отличающиеся сопротивлением динами­ческой пенетрации с высокой точностью (до 0,05 м); установить их степень однородности, определить показатели некоторых свойств и глубину забивки свай.

Зонд, включающий штанги и наконечник, забивают в грунт ударами молота, падающего с фиксированной высоты. При забивке зонда фиксируют число ударов и глубину погружения зонда от одного залога, который устанавливают в зависимости от сопротивления грунта. Сопротивление, оказываемое грунтом зонду, называется динамическим сопротивлением пенетрации. Оно включает сопротивление грунта прониканию наконечника и силу трения по боковой поверхности зонда (между грунтом и штангами). Динамическое сопротивление пенетрации выражают в виде относительной величины, числа стандартных ударов на 10 см погружения зонда, N=10n/s, где п — число ударов в залоге; s — осадка зонда от залога. В процессе зонди­рования с увеличением глубины испытаний увеличивается масса зонда (навинчивание новых штанг) и трение по боковой поверх­ности зонда. Вследствие этого в величину N вносится поправка N₁ = Nk, где N₁ — исправленный показатель динамической пене­трации, k — коэффициент, учитывающий приращение массы зонда и трение между зондом и стенками зондировочной скважины.

Вибрационное зондирование основано на погружении зонда в грунт вибромолотом массой 350 кг с частотой ударов 300-1200 в минуту. В процессе зондирования измеряют скорость погружения зонда. Условное динамическое сопротивление вычисляют по формуле

P_A=(240_*K_a)/V, где

V – скорость зондирования,

K_a – коэффициент учета потери энергии.

Статическое зондирование основано на вдавливании зонда в грунт статической нагрузкой. Оно применяется для испытания немерзлых и талых песчано-глинистых грунтов, содержание не более 25% частиц крупнее 10 мм.

Сопротивление, оказываемое грунтом вдавливанию зонда называют общим сопротивлением пенетрации (R). Общее сопротивление пенетрации включает статическое сопротивление пенетрации (Q), часть общего сопротивления, обусловленную силами реакции грунта на вдавливания наконечника и трение по боковой поверхности зонда (F).

R=Q+F

Интенсивность статического сопротивления пенетрации, т.е. сила, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения наконечника зонда, называется удельным статическим сопротивлением пенетрации (P_q). Интенсивность трения, т.е. сила трения, приходящаяся на единицу площади боковой поверхности зонда, называется удельным трением (P_j).

По величине P_q определяют плотность сложения песков, консистенции глинистых грунтов, устанавливают нормативное давление на грунт, по P_q и P_j определяют несущую способность свай.

Пенетрационно-каротажный метод основан на совмещении статического зондирования с радиоизотопным каротажем, что поз­воляет одновременно с показателями статической пенетрации получить информацию о других свойствах грунтов без бурения скважин. В процессе вдавливания зонда, оснащенного соответствующими датчиками, получают в виде непрерывных записей распределения по глубине данных о естественном гамма-фоне, плотности грунта (по γ-γ-каротажу), объемной влажности (по нейтрон-нейтронному каротажу), пористости, об удельном со­противлении пенетрации, о трении по боковой поверхности зонда. С помощью этих данных можно расчленить разрез песчано-глинистых пород на слои, выбрать по нормативам характеристики свойств грунтов основания, нужные для проектирования сооружений. При проведении испытаний грунтов пенетрационным каротажем применяют станции пенетрационного каротажа (СПК), в том числе станции для проведения испытаний на акваториях (ПСПК).

При проведении инженерно-геологических исследований наряду с глубинным используют и поверхностное зондирование. Для этого применяют разные конструкции ударников и пенетрометров (ДОРНИИ, ПРОКТОРА, РОКОСА, ДИИТ). Наиболее распространен микропенетрометр ВСЕГИНГЕО МВ-2. Он предназначен для опробования пород в обнажениях, выделения грунтов с низкой проч­ностью. По данным испытаний определяют величину предельного напряжения сдвига

p_m = Pk/h,

где Р — нагрузка на конус; h — глубина погружения конуса; k — коэффициент, зависящий от угла раскрытия конуса.