Спосіб польового визначення щільності грунту

1. Спосіб польового визначення щільності ґрунту, який включає проходку гірської виробки, фіксований добір ґрунту, зважування відібраного ґрунту й обчислення щільності ґрунту, який відрізняється тим, що проходку гірської виробки здійснюють у вигляді буріння дослідної свердловини, при цьому буріння виконують дискретними рейсами колонковим забурником з механічним виштовхувачем, причому рейси проходки виконують "мокрими", а дослідний рейс виконують "насухо", потім ґрунт із колонкового забурника витягають за допомогою механічного виштовхувача. 2. Спосіб польового визначення щільності ґрунту за п. 1, який відрізняється тим, що операції визначення щільності ґрунту сполучають із проходкою дослідної свердловини. U 1 3 20176 4 додавання визначають, в основному, лабораторковим підливом водяного розчину КМЦ, при цьому ним методом: за допомогою кілець, що ріжуть, і за фіксацію углубки опитного рейса виконують з точдопомогою парафінування зразків неправильної ністю ±1мм по бурильних штангах, зважування форми. Для лабораторних досліджень ґрунтоноопитної проби ґрунту роблять з точністю до 5г, а сами ручної конструкції з технічних свердловин обсяг опитної проби обчислюють з точністю відбираються зразки ґрунту природного додавання 0,1см 3, а розрахунок щільності ґрунту виконують з (моноліти), з яких вирізують кільця для наступних точністю до 0,01г/см 3. лабораторних іспитів і досліджень. Сутність способу, що заявляється, складаєтьМетод має певні обмеження, обумовлені мася у використанні колонкового забурника з механілим обсягом досліджуваної проби, кількістю і розчним виштовхувачем, який призначений для викоміром уламкових включень у ґрунті. нання основних операцій способу - буріння Відомий радіоізотопний метод (геофізичний свердловини і фіксованого добору ґрунту. Це дометод) визначення природної щільності ґрунтів, зволяє максимально використовувати бурову устащо регламентований діючим ДСТУ Б.В.2.1 - 6-2000 новку при здійсненні способу, що заявляється, (ДСТ 30672-99. Ґрунти. Полев іспиту (загальні позначно спростити його проведення і розширити ложення). У цьому нормативному документі регобласть застосування способу для оперативного ламентований тільки радіоізотопний метод визнапольового визначення щільності ґрунтів у свердчення щільності. ловинах на різних глибинах. Радіоізотопний метод (геофізичний метод) виСуттєвими ознаками способу, що заявляється, значення щільності-вологості вимагає застосуванспівпадаючими з прототипом, є наступні ознаки: ня спеціальної апаратури і контрольне лаборатор- проходку гірського вироблення; не визначення. - фіксований добір ґрунту; Для ґрунтів, що ви ходять за межі області за- зважування відібраного ґрунту; стосування лабораторного методу визначення - обчислення щільності ґрунту. природної щільності застосовують польовий метод Суттєвими відмітними від прототипу ознаками визначення природної щільності ґрунту [М.А. Соспособу, що заявляється, є наступні ознаки: лодухин, И.В. Ар хангельський. «Довідник техніка - проходку гірського вироблення здійснюють у по інженерно-геологічним і гідро-геологічним робовигляді буріння опитної свердловини; тах, М., «Надра», 1982р., с.201], що включають - буріння свердловини здійснюють дискретнипроходку шурфу розміром від 0,5х0,5х0,5м до ми рейсами колонковим забурником з механічним 1,0х1,0х1,0м, зважування на технічних вагах ванвиштовхувачем; тажопідйомністю до 50кГ ґрунту і породи із шурфу - рейси проходки виконують «мокрими»; і визначення маси з точністю до 0,1кГ, потім у - опитний рейс виконують «всухую»; шурф укладають тонку поліетиленову плівку і на- ґрунт із колонкового забурника витягають за ливають воду, обсяг якої в процесі наливу визнадопомогою механічного виштовхувача. чають з точністю до 0,1м 3. Далі по формулі підраПриватними суттєвими ознаками способу, що ховують щільність породи. заявляється, відмітними від прототипу є: Цей відомий метод є найбільш близьким до - операції визначення щільності ґрунту сполузаявляемого рішення по технічній сутності і речають із проходкою опитної свердловини; зультату, який досягається, і обраний у якості про- проходку опитної свердловини здійснюють до тотипу. рівня підземних вод; Недоліками прототипу є обмежена область йо- діаметр опитної свердловини складає 112го застосування - тільки для визначення щільності 330мм; ґрунту в шурфа х на невеликій глибині, а також - «мокрі» рейси проходки здійснюють з часткоскладність і тривалий час його проведення. вим підливом водяного розчину КМЦ; Задачею корисної моделі є розробка нового - фіксацію углубки опитного рейса виконують з методу польових іспитів щільності ґрунтів з досягточністю ±1мм по бурильних штангах; ненням технічного результату - спрощення і роз- зважування опитної проби ґрунту роблять з ширення області застосування. точністю до 5г; Поставлена задача досягається тим, що в - обсяг опитної проби обчислюють з точністю «Способі польового визначення щільності ґрунту» 0,1см 3; включаючим проходку гірського вироблення, фік- розрахунок щільності ґрунту виконують з тосований добір ґрунту, зважування відібраного ґручністю до 0,01г/см 3. нту й обчислення щільності ґрунту, проходку гірсьМіж суттєвими ознаками технічного рішення, кого вироблення здійснюють у вигляді буріння що заявляється, і досягаємим з їхньою допомогою опитної свердловини, при цьому буріння виконутехнічним результатом існує наступний причинноють дискретними рейсами колонковим забурником наслідковий зв'язок. з механічним виштовхувачем, причому рейси проДійсно, досягнення зазначеного вище технічходки виконують «мокрими», а опитний рейс виконого результату - спрощення і розширення області нують «всухую», потім ґрунт із колонкового забурзастосування - можливо тільки при реалізації всіх ника витягають за допомогою механічного суттєвих ознак корисної моделі, при відсутності виштовхувача, крім того, операції визначення кожного з них досягнення технічного результату щільності ґрунту сполучають із проходкою опитної неможливо. свердловини, яку здійснюють до рівня підземних Наприклад, при відсутності в способі, що завод, при цьому діаметр свердловини складає 112являється, колонкового забурника з виштовхува330мм, «мокрі» рейси проходки здійснюють з частчем, виникають усі проблеми, зазначені в прото 5 20176 6 типі - низька продуктивність, висока трудомісткість 146-325мм - для технічних і опитних свердловин. і висока вартість польового визначення щільності При діаметрі труби більш 146мм, колонкову ґрунту, крім того, дуже складним і проблематичної частину оформляють у вигляді тр уби необхідного стає визначення щільності ґрунту в польових умодіаметра з армуванням торця твердосплавними вах на різній глибині - від 5,0 до 15,0м. різцями. Крім того, що заявляється метод є надзвичайВибій свердловини при проходці забурником но простим, дешевим і оперативної, що дозволяє утворить, як правило, плоску поверхню. рекомендувати його застосування при проведенні При точній (до 1мм) фіксації по бурових штанпольових іспитів ґрунту з метою визначення щільгах довжини рейса всуху роблять досвід по польоності і водонасиченості ґрунту, тому що після провому визначенню щільності ґрунту. ведення способу, який заявляється, навішення Операцію роблять у такий спосіб. ґрунту відправляють у лабораторію для визначенУглубку рейса перед опитом точно фіксують ня природної вологості і щільності часток ґрунту і тонкою алюмінієвою пластинкою. При обертанні наступного визначення фізичних (класифікаційних) бурової штанги на її поверхні пластинка залишає характеристик. чіткий слід. Проведений заявником аналіз рівня техніки, Опитний рейс забурюють всухую без примусощо включає пошук по патентних і науковової подачі на вибій, або з незначним тиском. Забутехнічних джерелах інформації, з виявленням рюють близько 20см, зупиняють проходку без зуджерел, що містять інформацію про аналоги техніпинки обертання бурового снаряда. чного рішення, яке заявляється, дозволяє устаноАлюмінієвою пластинкою по штангах фіксують вити, що заявником не виявлені аналоги, ідентичні углубк у опитного рейса, підривають буровий снаспособу, який заявляється. ряд, замірять з точністю ±1,0мм. При підйомі, упоТому можна затверджувати, що корисна мором у кільце механічного виштовхувача, у попередель, що заявляється, відповідає умові охороноздньо зважену ємність приймають пробу, що датності за критерієм «новизна». зважують з точністю до 5г. Крім того, корисна модель промислово застоДіаметр опитної проби для обчислення обсягу совна, тому що технічне рішення, яке заявляється, приймається середнім між внутрішнім і зовнішнім дозволяє використовува ти його при польовому діаметром забурника. Розподілом маси зваженої визначенні щільності ґрунтів визначення фізичних проби на обчислений обсяг одержують щільність характеристик ґрунтів і гірських порід, необхідних забуренного ґрунту з точністю 0, 01г/см 3. для розрахунку основ на стадії проектних робіт Вона визначає щільність ґрунту природного для будівництва. додавання. Можливість здійснення корисної моделі, яка Прийнятий у розрахунок діаметр опитної прозаявляється, підтверджується описом, що нижче би ґрунту обумовлений розподілом ґрунту, що приводиться, його практичної реалізації й ілюструруйнується при бурінні, частково в досвідчену ється кресленням. пробу, а частково - ущільненням ґрунту в стінки На Фіг.1 зображений колонковий забурник з свердловини. механічним виштовхувачем, використовуваний у Після зважування відбирають із проби навіспособі, що заявляється. шення для здачі в лабораторію для визначення Спосіб, що заявляється, з достатньою точнісприродної вологості, меж пластичності, щільності тю для цілей будівництва і проектування може часток ґрунту - характеристик, що разом із щільнібути широко застосований для визначення приростю ґрунту є ви хідними для розрахунку класифікадної щільності ґрунтів зони аерації, тобто до глиційних фізичних характеристик ґрунтів. бини залягання водоносного шару. Щільність ґрунту є базовою характеристикою Спосіб польового визначення щільності ґрундля розрахунку основ, як по деформаціях, так і по ту, що заявляється, заснований на використанні несучій здатності, а також для розрахунку схилів і колонкового забурника з механічним виштовхуваукосів. чем, що надійно, ефективно і високотехнологічно Для бурінні свердловин і виробництва опитів працює при бурінні до рівня підземних вод. При по визначенню щільності ґрунту можуть бути зацьому буріння роблять короткими рейсами, що не стосовані всі типи самохідних бурови х установок, перевищують 0,5м з порціонним підливом малої використовуваних при інженерно-геологічних викількості води. Це дозволяє звести до мінімуму шукуваннях. порушення природного додавання ґрунту. Таким Опис колонкового забурника, використовувачином, свердловина проходиться при 100% виході ного в дійсній корисній моделі, приводиться на керна і практично ідеальній якості вибуреного ґруприкладі колонкового забурника з діаметром понту. над 146мм. При бурінні хитливих ґр унтів замість води виКолонковий забурник 1 з механічним виштовкористовують водяний розчин КМЦ. хувачем 2 складається з колонкової частини 3, Технологічна і високоефективна проходка завиконаної у вигляді цилиндру 4, у дні 5 якого мабурником перших 4,5м (верстатом УРБ-2А-2) і 7,0м ються три отвори 6, і ребра жорсткості 7. (верстатом УРБ 2,5 А), коли буріння виконують без Дно 5 циліндру 4 жорстко з'єднано зі штангорозбирання бурового снаряда. вим кінцевиком 8, що є направляючої для механіДалі свердловину проходять колонковим сначного виштовхувача 2, оформленого у вигляді порядом нормальної довжини. ршня 9, жорстко з'єднаного з упорним кільцем 10 Діаметр забурника (по трубі) складає 108трьома металевими штангами 11, що мають віль127мм - для розвідницьких і технічних свердловин, ний прохід через отвори 6. 7 20176 8 Поршень 9 виконаний з можливістю вільного Обсяг досвідченої проби розраховувався випереміщення усередині колонкової частини 3 заходячи з величини углубки опитного рейса і діамебурника 1. тра опитної проби, рівному середньому між зовніКільце 10 має можливість вільного ходу по шнім (151мм) і внутрішнім (133мм) діаметрами штанговому кінцевику 8. коронки. Т.к. діаметр колонкової частини 3 забурника 1 Прийнятий розмір діаметра улаштовувався перевищує 146мм, то колонкова частина 3 являє розподілом і упресовуванням руйнується різцями собою трубу, армовану знизу твердосплавними коронки ґрунту рівномірно в стінки свердловини й різцями 12. у опитну пробу. Приклад. Розрахований обсяг опитних проб для даного Для визначення характеристик планомірно забурника при площі 158,3см і углубці досвідчені відсипаної ґрунтової полотнини під нафтоналивну рейси 9,7-10,7см складав 1535,5см 3 - 1693,8см 3. ємність на території Феодосійської нафтобази буЗважування опитних проб виконували на цили виконані 25 опитів по польовому визначенню ферблатних вага х з ціною розподілу 5г. Для цього щільності ґрунту. пробу з колонкової частини забурника акуратно Самохідною буровою установкою УРБ 2А-2 виштовхували в попередньо зважену ємність і вибурилися опитні свердловини діаметром 151мм із значали масу опитної проби. польовим визначенням щільності на глибинах 0,5, Отримані величини мас проб і відповідних об1,0 і 1,5м. сягів були ви хідними для визначення щільності, Паралельно відбиралися навішення ґрунту що склала 2,14-2,27г/см 3. для визначення природної вологості в природних Визначена опитним шляхом щільність виявиумовах. лася близької до максимального при оптимальній Забурник застосовувався з діаметром колонвологості, що дозволило зробити висновок прокової частини 146мм і коронкою СМ3-151ДСТ придатність ґрунтової подушки у якості підстави 11108-70. для нафтоналивної ємності. Опитній рейс попередньо був прийнятий рівТаким чином, з огляду на усе ви щевикладене, ним 100мм і фактично склав 97-107мм. можна зробити висновок, що задача, поставлена в Углубка опитного рейса «всухую» фіксувалася дійсній корисній моделі - розробка нового способу по бурових штангах з точністю 1мм шляхом нанепольового визначення щільності ґрунтів - виконана сення рисок по окружності обертової штанги тонз досягненням технічного результату - спрощення і кою алюмінієвою пластинкою. розширення області застосування. 9 Комп’ютерна в ерстка Л. Купенко 20176 Підписне 10 Тираж 26 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601