Установки для пенетрационно-каротажного исследования грунтов

При инженерно-геологических изысканиях требуется всестороннее изучение физико-механических свойств грунтов. С этой целью в большом объеме производится колонковое бурение. К сожалению, далеко не во всех породах можно получить полноценный керн. Кроме того, колонковое бурение производится относительно медленно, так как для лучшего выхода керна приходится ограничивать проходку за рейс.

1 — зонд-датчик; 2 - штанга; 3 — гидроцилиндр подачи; 4 — мачта; 5 — гусеница; 6 — канал связи; 7 — аппаратурная станция; 8 – пульт управления и регистрирующая аппаратура

Рисунок 2.22 – Схема пенетрационно-каротажной самоходной установки

ВСЕГИНГЕО разработал такой комплекс пенетрационно-каротажных исследований, который позволяет получить основные характеристики физико-механических свойств грунтов на глубину до 30 м без предварительного колонкового бурения скважин и без лабораторных исследований образцов. По этой схеме измерительный зонд с датчиками для определения необходимых физико-механических свойств грунтов навинчивается на нижнюю штангу. При помощи колонны штанг зонд с помощью гидравлического устройства вдавливается в рыхлый (мягкий) грунт при усилии подачи 80—120 кН. В процессе внедрения измерительного зонда в грунт датчики отмечают параметры соответствующих свойств грунта и через канал связи передают информацию (рисунок 2.22) на пульт наземной регистрирующей аппаратуры. В современных пенетрационных установках используются следующие методы:

1) гамма-гамма каротаж (ГГК) для определения объемной массы грунта;

2) нейтрон-нейтронный каротаж (ННК) для определения влажности и положения уровня грунтовых вод;

3) гамма-каротаж (КГ) для расчленения разреза песчано-глинистых отложений по естественной радиоактивности пород;

4) статистическое зондирование с использованием призабойных тензоэлектрических датчиков лобового сопротивления и трения пород для определения деформационных и прочностных свойств пород.

Во всех перечисленных методах производится статическое погружение измерительных датчиков-зондов и запись непрерывных диаграмм изменчивости исследуемого свойства грунта в процессе погружения.

Разработка и создание пенетрационно-каротажных установок проводились в двух направлениях:

1) установки для инженерно-геологических исследований в наземных условиях;

2) установки для исследования донных рыхлых отложений водоемов и морских акваторий.

Пенетрационно-каротажная станция СПК-Т предназначена для инженерно-геологической и гидрогеологической съемки и изысканий под объекты промышленных и гражданских сооружений, для решения задач мелиорации. Станция используется для исследования грунтов в рыхлых отложениях, поддающихся проходке вдавливанием измерительного зонда с усилием до 190 кН,

Исследование грунта выполняется тензометрией (статическим зондированием) и радиометрией (ГК, ГГК и ННК).

Комплекс пенетрационно-каротажных методов позволяет получить непрерывные диаграммы изменений по скважине: объемной массы грунта, влажности, прочностных свойств грунтов по данным измерений лобового сопротивления погружению конуса и сопротивления трению боковой поверхности зонда о грунт.

Комплекс дает возможность также определить положение уровня грунтовых вод и виды пород песчано-глинистых отложений.

Отличительная особенность аппаратуры состоит в том, что импульсы от датчиков к наземной аппаратуре передаются по радиоканалу.

Гидромеханическое оборудование представлено вдавливающим устройством с зажимным патроном и анкерным устройством с двумя анкер-сваями и приводом. Вдавливающее устройство движется по двум вертикальным направляющим, которые одновременно являются передаточными валами привода вращения анкер-свай.

Все основное оборудование приводится в действие с помощью гидроцилиндров и гидромоторов.

Обслуживающий персонал станции состоит из оператора-геофизика, бурового мастера (он же водитель) и рабочего.

Рабочие места оператора-геофизика и бурового мастера, изолированные одно от другого, находятся в двухместной кабине, имеющей термо- и звукоизоляцию. Кабина оборудована отопительно-вентиляционной установкой и имеет удобства, необходимые для работы и обслуживания станции.

Рабочее место рабочего находится на специальной площадке с ограждением, закрытой тентом. На площадке расположен пульт управления устройством для подъема и укладки бурильных труб.

а — общий вид: 1 — подводная установка; 2 — измерительный зонд; 3 — колонна пенетрационных штанг; 4 — пульт управления с регистрирующей аппаратурой; 5 — кабели; 6 — плавучее средство с оснасткой; б — устройство подводной установки ПСПК 1 — герметичный контейнер; 2 — гидравлический цилиндр; 3 — полый шток; 4 — поршень; 5 — зажимной патрон; 6 — электродвигатель; 7 — гидравлическая система: в — компенсатор; 9 — несущая ферма с балластной емкостью; 10 — штангодержатель; 11 – бесконтактный конечный переключатель; 12 — измерительный зонд; 13 — колонна штанг; 14 — поплавок; 15 — кабель для питания измерительных датчиков и получения информации; 16 — силовой кабель для питания электромотора и управления режимом работы установки; 17 — балласт

Рисунок 2.23 – Схема подводной пенетрациошю-каротажиой станции ПСПК

Все рабочие места соединены между собой переговорным устройством с двухсторонней телефонной связью.

Подводная пенетрационно-каропгажная станция ПСПК. Проведение инженерно-геологических исследований в прибрежных акваториях морей, на водохранилищах, озерах и реках для различных видов гидротехнического строительства. Наибольшую технологическую сложность представляют буровые работы на воде. Эти работы сложны тем, что очень трудно отбирать пробы водонасыщенных пород с ненарушенной структурой. Даже наиболее совершенные способы отбора проб с использованием вибропоршневых трубок часто не обеспечивают удовлетворительного решения этой задачи.

Разработанная под руководством В.И. Ферронского подводная пенетрационно-каротажная станция (ПСПК.) обеспечивает определение основных физико-механических свойств и литологического состава отложений в разрезе без отбора образцов пород в условиях их природного залегания.

Принципиальное отличие ПСПК от существующих установок аналогичного назначения состоит в том, что установка погружается на дно водоема, откуда производится вдавливание измерительного зонда (рисунок 2.23 а).

Станция ПСПК состоит из подводной установки для погружения вдавливанием и извлечения измерительного зонда, комплекта измерительной аппаратуры и плавучих средств. Установка представляет собой контейнер, в котором смонтировано устройство для вдавливания штанг (рисунок 2.23, б). Измерительная аппаратура включает комбинированный зонд, блок регистрирующей аппаратуры и пульт управления работой подводной установки. Комбинированный измерительный зонд включает пять датчиков: лобового сопротивления, трения, нормального давления, ГГК и ГК. Такая конструкция зонда обеспечивает одновременное получение всех пяти измеряемых параметров грунта и запись их на лентах самописцев в виде непрерывных диаграмм.

В связи с тем, что сама установка погружается на дно, разработана специальная система дистанционного управления всеми операциями. Для питания установки на плавучих средствах установлена электростанция.

Работы, проведенные с помощью ПСПК, показали, что разработанная станция обладает высокими технико-экономическими показателями и позволяет выполнять инженерно-геологические исследования акваторий на принципиально новой методической и технической основе.