Инженерно-геологические изыскания

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ УКРАИНЫ

ОГАСА

Контрольная робота

по дисциплине «Инженерные изыскания»

Одесса 2008 г.

Содержание

 

1. Методы разведочного бурения.................................................................. 3

2. Геофизические работы.............................................................................. 12

3. Определение модуля деформации удельного сцепления и угла внутреннего трения в полевых условиях по результатам динамического зондирования............. 15

3.1. Сущность метода.................................................................................... 15

3.2 Оборудование и приборы...................................................................... 15

3.3 Подготовка к испытанию........................................................................ 16

3.4 Проведение испытания............................................................................ 17

3.5 Обработка результатов........................................................................... 18

1. Методы разведочного бурения

Мощность слоя, м	Грунты	Условные обозначения	Вид бурения	Способ бурения
5	Скальная порода		Вращательный колонковый	С промывкой водой
4	Полускальная порода		Вращательный колонковый	С промывкой глинистым раствором
1	Дресва		Вращательный шнековый Ударно-канатный	С использованием долота для разрушения и желонки для извлечения
1	Песок		Вибрационный Вращательный шнековый Ударно-канатный	С использованием желонки
3	Ил		Ударно-канатный	С использованием желонки
4	Глина		Ударно-канатный Колонковый (для твердых глин)	«Всухую» в обсадных трубах
2	Суглинок		Вращательный шнековый Ударно-канатный	«Всухую» в обсадных трубах
3	Супесь		Вращательный шнековый Ударно-канатный	«Всухую» в обсадных трубах

 

Бурение скважин выполняется для изучения геологического разреза, т.е. для выявления последовательности залегания пластов, их мощности состава, плотности, консистенции, влажности, водоносности, а также для отбора образцов пород и последующего испытания в лабораторных условиях. Для этой цели применяется ручное и механическое бурение. Ручное бурение выполняют ударно-вращательным или ударно-канатным способом. Механическое бурение осуществляется вращательными, ударно-механическими и вибробуровыми установками.

Выбор способа бурения зависит от состава проходимых пород, от назначения и глубины бурения, от условий производства работ. При выборе способа бурения особое внимание уделяется качеству отбираемых образцов пород и экономической эффективности.

 

Вращательное шнековое бурение

 

Преимуществами шнекового способа являются: высокая механическая скорость бурения в песчаных и глинистых грунтах, большой процент времени чистого бурения (при шнековом бурении процесс проходки и выдача грунта на поверхность совмещаются), незначительные затраты времени на монтажно-демонтажные работы и вспомогательные операции, возможность отбора керна при использовании специального инструмента. Важным является также то обстоятельство, что в шнековом бурении используется промывочная жидкость.

Область эффективного использования шнекового способа ограничена нескальными грунтами (глинистыми и песчаными) Рациональной областью применения этого способа является проходка зондировочных и разведочных скважин в основном в пластичных и тугопластичных глинистых грунтах.

В комплект инструмента для шнекового бурения входят долота и шнеки. При шнековом бурении применяют двух- или трехперые ступенчатые долота, а также долота типа РХ.

При проходке скважин кольцевым забоем используют специальные магазинные шнеки или шнеково-колонковые буры.

 

Винтовой способ бурения.

 

Винтовое бурение заключается в том, что шнековую колонну со спиральным долотом завинчивают в грунт на такую глубину, при которой её можно будет извлечь без вращения из скважины. Его целесообразно использовать при проходке водоносных песков, глинистых грунтов скрытотекучей консистенции, илов, торфов и др.

При винтовом бурении скорость ввинчивания шнековой колонны в грунт должна составлять 75-100 об/мин. По мере погружения колонны в грунт её наращивают дополнительными шнеками. Каждый раз после погружения колонны на 0,3-0,4 м бурение прекращают и приподнимают колонну на 2-Зсм. Если колонна поднимается, то можно продолжать бурение. Если же колонна не поднимается, её вывинчивают сначала вручную, а затем поднимают лебедкой.

а) б)

Рис. 1.1. Конструкция долота и шнеков

а - шнек (установка УГБ-50А): 1 - труба; 2 - спираль; 3 - втулка; 4 - хвостовик; 5 - палец соединительный; 6 - фиксатор;

б - трехперовое долото: 1 - корпус; 2 - спираль; 3 - лопасть; 4 - резец.

 

Ударно-канатное бурение кольцевым забоем

При ударно-канатном бурении кольцевым забоем проходка скважины производится за счет сбрасывания на забой скважины или забивки в грунт кольцевого наконечника, в результате чего грунт заполняет его внутреннюю полость и извлекается на поверхность.

Данный способ бурения, по сравнению с другими, имеет ряд преимуществ:

- вполне удовлетворительное качество отбираемого керна;

- незначительные затраты мощностей на бурение при проходке скважин сравнительно большой глубины;

- малые затраты времени на спускоподъемные операции;

- возможность проходки скважин в несвязных грунтах буровыми наконечниками большого диаметра с одновременным или опережающим погружением обсадных труб;

- вертикальность скважины.

Технологические приемы проходки инженерно-геологических скважин при ударно-канатном бурении кольцевым забоем зависят от глубины, начального диаметра скважины и свойств проходимых грунтов.

Бурение неглубоких (до 30 м) скважин производят забивными стаканами, желонками и грунтоносами диаметром 89 и 168 мм. При этом рекомендуется использовать автоматический подъем и сбрасывание инструмента на забой.

Ударно-канатное бурение кольцевым забоем осуществляется забивным способом (без отрыва инструмента от забоя) и «клюющим».

 

Забивной способ.

Забивное бурение может быть использовано при проходке всех разновидностей связных глинистых грунтов. Основными технологическими параметрами этого способа являются:

а) вес ударного патрона (в кг);

б) число ударов (в мин);

в) величина подъема ударного патрона (в м);

г) величина углубления наконечника (в м).

В зависимости от диаметра стакана вес ударного патрона должен находится в пределах 100-150 кг. Величина подъема ударного патрона обычно регламентируется его конструкцией и равна 0,6-1 м. Число ударов забивного патрона колеблется в пределах 20-25 уд/мин. Во избегание прихвата наконечника на забое рейсовое углубление ограничивают до 0,2-0,4 м.

В случае проходки неустойчивых глинистых и песчаных грунтов бурение ведется забивным способом с одновременным погружением обсадных труб путем их расхаживания или вибрирования.

При помощи желонки, мы можем проходить песчаные, илистые грунты и дресву. Желонка представляет собой стакан, в нижней части которого имеется башмачок с клапаном, который при подъеме закрывает отверстие для того, чтобы извлекаемый грунт задерживался внутри стакана.

Для прохождения дресвы необходимо также использовать долото. Долото поднимают и сбрасывают в забой, разрушенную, измельченную породу извлекают желонкой. Если порода слишком плотная, то необходимо увеличить силу удара долота, для чего увеличивают вес инструмента путем присоединения к нему тяжелой ударной штанги. Она может быть цельной и составной. Нижняя часть долота называется лезвием, которое выполняется из цельного куска крепкой стали. Сам корпус состоит из более мягкой стали. Для работы с долотом необходимо использовать стальной трос. Во время бурения для округления скважины долото необходимо поворачивать на 15...20⁰ после каждого удара.

Рис. 1.2. Схема работы ударно-канатного станка

1 - буровой снаряд; 2 - инструментальный канат; 3 - шестерня привода ударного вала; 4 - кривошип; 5 - шатун; 6 - оттяжная рама.

Вращательное колонковое бурение.

Основными преимуществами колонкового бурения являются: возможности проходки скважин почти во всех разновидностях горных пород, сравнительно большая глубина проходимых скважин, достаточно хорошо разработанная и освоенная технология бурения, сравнительно небольшие мощности, затрачиваемые на бурение, возможность получения качественного керна.

Проходка скважин колонковым способом осуществляется твердосплавным, дробовым и алмазным породоразрушающим инструментом. Твердосплавный породоразрушающий инструмент можно применять при проходке скважин в глинистых, песчаных и мерзлых грунтах, дробовой - при проходке скважин в скальных грунтах; алмазный - при проходке скважин в монолитных скальных грунтах.

В зависимости от физико-механических свойств, проходимых грунтов и от глубины скважины, бурение колонковым способом может осуществляться «всухую», с промывкой водой и солевыми охлажденными или глинистыми растворами, с продувкой сжатым воздухом, а также «безнасосным» способом.

 

Способ бурения с промывкой глинистым раствором и водой.

Промывка при бурении скважин производится для:

а) очистки забоя от разбуренной породы и выноса её на поверхность или в шламовую трубу;

б) охлаждения породоразрушающего инструмента;

в) закрепления неустойчивых стенок скважины.

Существует два основных способа промывки скважин: прямой и обратный.

При прямой промывке скважин жидкость насосом по нагнетательному шлангу подается к забою по бурильной колонне, охлаждает породоразрушающий инструмент, омывает забой и поднимается по кольцевому пространству между стенками скважины и колонной бурильных труб, транспортируя на поверхность разбуренную породу.

После выхода из скважины промывочный раствор пропускают по системе желобов и отстойников для очистки его от частиц породы. Очищенный раствор вторично нагнетается в скважину.

При обратной промывке раствор нагнетается к забою по кольцевому зазору между бурильной колонной и стенками скважины и поднимается к поверхности вместе с выбуренной породой внутри бурильных труб. В этом случае устье скважины должно быть герметизировано и оборудовано специальным сальником, позволяющим колонне труб вращаться и иметь поступательное движение, но в тоже время не пропускающим жидкость.

Раствор вследствие малого сечения бурильных труб поднимается с большой скоростью и быстро выносит на поверхность частицы породы. Однако такая промывка неприменима, если происходит поглощение промывочной жидкости. В настоящее время при бурении применяется в основном прямая промывка, а для лучшего выноса разбуренной породы употребляются глинистые растворы.

При бурении твердосплавным инструментом мягких и рыхлых грунтов используют ребристые коронки КР-1, КР-2, КР-4 и КР-5, обеспечивающие большой кольцевой зазор между стенками скважины и колонковым снарядом, который способствует эффективному выносу разбуриваемой породы промывочной жидкостью.

При бурении мягких и рыхлых грунтов в качестве промывочной жидкости применяют глинистый раствор со следующими параметрами:

Удельный вес 1,1...1,2 г/см³.

Вязкость 25...28 сек по СПВ-5.

Водоотдача 10...15 см³ за 30 мин.

Содержание песка не более 4%.

Заклинку керна производят путем «затирки всухую», для чего необходимо бурение последних 5...10 см вести без промывки. С целью предохранения бурового снаряда от зашламования следует применять промывочный ниппель, позволяющий осуществлять призабойную циркуляцию промывочной жидкости после заброски в него шарика.

 

Способ бурения «всухую».

При проходке полускальных, песчаных и глинистых грунтов колонковым способом «всухую» в качестве бурового снаряда применяют колонковые трубы длиной 1,5 м и диаметром 89, 108, 127, 146 и 168 мм с твердосплавными коронками типов МР-2НГТ (для полускальных грунтов) и КР (для песчаных и глинистых грунтов). В отдельных случаях (при проходке легко буримых супесей, суглинков и т.д.) применяются колонковые трубы длиной 3,0 м.

Бурение колонковым способом «всухую» ведется укороченными рейсами (длина рейса в зависимости от буримости проходимых грунтов колеблется от 2,0 до 2,5 м).

Параметры бурения устанавливают следующие: скорость вращения инструмента 80...150 об/мин, давление на забой - 300-600 кг.

Рис. 1.3. Схема колонкового бурения: 1 – керн; 2 – коронка; 3 – трубка колонковая; 4 – трубы бурильные.

 

Вибрационное бурение.

Основано на внедрении в породу кольцевого наконечника - виброзонда. Виброзонд представляет собой трубу диаметром 40...200 мм, длиной 0,5...3 м; по всей длине труба имеет одну или несколько прорезей для очистки зонда от породы; нижний конец трубы снабжен кольцом с острой режущей гранью. Внедрение в грунт такого наконечника происходит благодаря тому, что под действием вибрации зонда в очень сильной степени ослабевает лобовое и боковое сопротивление грунта и зонд под действием собственного веса и веса вибратора погружается в грунт. В качестве забойного инструмента также может использоваться грунтонос - для получения проб грунта не нарушенной структуры и желонка - для проходки малосвязанных сыпучих пород, плывунов и водонасыщенных пород. Вибробурение относится к перспективным методам, обладает высокой производительностью, может применяться при проходке глин, суглинков, супесей, песков, гравелисто-галечниковых грунтов. Выгоднейшая глубина бурения этим способом 15-20 м. Виброметод дает возможность отобрать, образцы грунта с ненарушенной структурой, но затрудняет фиксацию уровня подземных вод.