Определение осадки мерзлых грунтов при оттаивании штампом в скважине

При инженерно-геологических исследованиях в районах распространения вечномерзлых грунтов необходимо определять величину осадки грунтов при их оттаивании. Эта величина является одной из важнейших характеристик, определяющих принцип строительства и основные параметры конструкции сооружений.

Величину осадки грунтов при оттаивании определяют либо в лабораторных условиях на образцах мерзлого грунта ненарушенного сложения, либо путем оттаивания грунта в шурфе горячими штампами. Оба метода практически не применяются в практике изысканий, которые обычно проводятся в летнее время, когда сложно проводить испытания образцов мерзлого грунта и предохранить шурф от затопления надмерзлотными водами, а также от оплывания грунта при оттаивании стенок шурфа.

Поэтому рекомендуется при инженерно-геологических изысканиях применять метод определения величины осадки мерзлого грунта путем послойного оттаивания его горячим штампом, опускаемым в скважину. Установка для определения осадки мерзлых грунтов при оттаивании их в скважине (рис.7) состоит из следующих основных элементов: штампа, реперной стойки, труб для передачи давления, индикаторов часового типа, приспособлений для установки индикаторов, грузов, электрооборудования.

Штамп представляет собой металлический пустотелый цилиндр. Диаметр штампа должен быть в 1,3 - 1,5 раза меньше диаметра скважины.

Рис. 7. Установка для определения осадки мерзлых грунтов при их оттаивании в скважине:

1 - обсадная труба; 2 - поверхность вечномерзлых грунтов; 3 - электроспираль в четочной изоляции; 4 - штамп; 5 - теплоизоляция; 6 - электрокабель; 7 - обсадные трубы диаметром 7,5 см; 8 - автотрансформатор; 9 - грузы; 10 - приспособление для установки индикаторов часового типа; 11 - реперная стойка

Штамп плотно закрывается крышкой на резьбе. В крышке смонтирован штуцер с запрессованными контактами. В центре крышки сделан выступ с конусной резьбой для закрепления реперной стойки. На дно цилиндра, покрытое листовым асбестом, укладывают спираль в четочной изоляции. Сверху спираль прикрываю асбестовой ватой примерно на четверть свободного объема штампа с тем, чтобы уменьшить общий обогрев скважины. Во избежание испарения воды и иссушения верхнего слоя оттаивающего грунта температура на подошве штампа не должна превышать 90 °С, для этого на днище штампа монтируется терморегулятор.

Методика проведения опыта заключается в следующем. Пробуривают скважину диаметром не менее 146 мм до мерзлого грунта или до расчетной глубины. Скважина обсаживается и при наличии воды должна быть осушена. Забой скважины выравнивают и присыпают крупнозернистым охлажденным песком. На забой устанавливают штамп с репером, выступающим над землей на 0,3 - 0,8 м. Нагрузка на штамп регулируется так, чтобы удельная нагрузка на грунт составляла 0,98 Н/см². На верхнее звено реперной стойки устанавливают индикатор И4-3, снимают начальный отсчет и включают ток. Осадка штампа фиксируется в течение всего опыта. Отсчеты берут через 10, 20, 30, 40, 50, 60, 80, 100, 120 мин от начала опыта. Затем по мере уменьшения осадки отсчеты снимают через 30 мин и через час.

Продолжительность нагрева определяется временем, необходимым для оттаивания грунта на глубину, равную радиусу штампа. После прекращения нагрева и отключения тока наблюдение за осадкой продолжается, так как некоторое оттаивание происходит за счет запасов тепла в штампе и чаше оттаивания. Эти наблюдения ведутся до прекращения осадки. Практически можно считать, что осадка прекратилась, если разность отсчетов за час не превышает 0,01 мм. По окончании этой части опыта осторожно, чтобы не сдвинуть штамп с места, монтируют обсадные трубы до выхода на поверхность и создают первую степень нагрузки, равную 0,98 Н/см². Осадка грунта определяется по указанной выше схеме под заданной нагрузкой до стабилизации, затем дается следующая ступень нагрузки и т.д.

После того, как опыт закончен, установку демонтируют и с помощью щупа и ручного бура устанавливают глубину оттаивания с точностью до 1 см. Берутся пробы для определения влажности и других характеристик. Затем скважину углубляют на величину оттаявшего слоя грунта и определяют осадку при оттаивании следующего горизонта.