ВІКІСТОРІНКА
Навигация:
Інформатика
Історія
Автоматизація
Адміністрування
Антропологія
Архітектура
Біологія
Будівництво
Бухгалтерія
Військова наука
Виробництво
Географія
Геологія
Господарство
Демографія
Екологія
Економіка
Електроніка
Енергетика
Журналістика
Кінематографія
Комп'ютеризація
Креслення
Кулінарія
Культура
Культура
Лінгвістика
Література
Лексикологія
Логіка
Маркетинг
Математика
Медицина
Менеджмент
Металургія
Метрологія
Мистецтво
Музика
Наукознавство
Освіта
Охорона Праці
Підприємництво
Педагогіка
Поліграфія
Право
Приладобудування
Програмування
Психологія
Радіозв'язок
Релігія
Риторика
Соціологія
Спорт
Стандартизація
Статистика
Технології
Торгівля
Транспорт
Фізіологія
Фізика
Філософія
Фінанси
Фармакологія


Основні способи проходки свердловин

Найчастіше застосовують наступні способи проходки свердловин:

- колонковий;

- шнековий;

- ударно-канатний;

- вібраційний.

Колонковий спосіб – це різновид обертального способу проходки свердловин, коли бурові роботи ведуться за допомогою колонкової труби, до нижнього торця якої пригвинчується кільцева коронка. Труба обертається (50-300 об/хв), утворюючи вибій у вигляді кільця та залишаючи стовпчик породи з непорушеною структурою – керн.

Початкові діаметри буріння (далі - діаметри) від 25 до 151 мм.

При інженерних вишукуваннях глибина буріння вищезазначеним способом, як правило, не перевищує 100 м.

Як породоруйнівний інструмент (ПРІ) використовують твердосплавні різцеві, ребристі, самозагострювальні й алмазні коронки, обурювальні та вдавлювані ґрунтоноси (для добору проб породи непорушеної структури).

Особливості проходки:

а) "насухо", тобто без промивання свердловини (грунти мерзлі та піщано-глинисті з стійкими стінками);

б) із промиванням водою чи глинистим розчином (скельні і напівскельні породи);

в) із продувкою стисненим повітрям (мерзлі, скельні та напівскельні, пилувато-глинисті з особливими властивостями: легкорозчинні, набрякливі та інші породи).

Достоїнства колонкового способу:

а) точність документації;

б) якісні моноліти;

в) великий вихід керна в скельних і пухких зв'язних ґрунтах.

Недоліки способу:

а) мала комерційна швидкість проходки в монолітних і тріщинуватих скельних ґрунтах;

б) складність проходки у великоуламкових й обводнених пухких піщаних ґрунтах, текучих глинах і мулах.

 

На рис. 1.2 наведено схеми грунтоносів.

 

 

Рис. 1.2. Ґрунтоноси

а - обурювальний; б - забивний; в- вдавлюваний першої моделі;

г - вдавлюваний другої моделі; д - вдавлюваний третьої моделі;

1 - перехідник; 2 - гвинти, що утримують гільзу; 3 - кульова п'ята;

4 - корпус; .5 - внутрішній стакан; 6 - коронка, 7- гальмові лопаті;

8 - башмак; 9-клапан; 10 - замок гільзи; 11- керноприймальна гільза; 12 - рукоятка гільзи; 13 - підрізні дроти; 14 - штифти;

15 -поліетиленова гільза; 16 - вкладиш; 17 - фіксуюче кільце

 

Розрізнюють такі установки:

а) переносні - КМ-10;

б) на буксирі - УКБ-12/25;

в) самохідні - УГБ-50м, УБР-2а/м, УГБ-1ВР та ін.

 

Шнековий спосіб належить до обертального буріння.

Застосовується для буріння в піщаних та глинистих породах, що не містять великих твердих включень.

Руйнування порід при шнековому бурінні здійснюється двох чи трьохперовим долотом, котре з’єднане зі шнеком (див. рис.1.3).

Діаметр свердловин 67...250 мм.

Глибина буріння до 20 м.

Як породоруйнівний інструмент використовують лопатеві долота та забурники.

Достоїнством шнекового способу є велика комерційна швидкість проходки в пухких ґрунтах.

Недоліки способу:

а) складність проходки в пилувато-глинистих ґрунтах пластичної консистенції;

б) неможливість добору монолітів;

в) мала точність документації;

г) великі втрати потужності на обертання колони шнеків;

д) мала глибина проходки.

Установки для шнекового буріння:

 
 

а) переносні - М-1, ДМ-1;

б) самохідні - УГБ-1ВР, УГБ-50м, УРБ-2А.

 

Рис. 1.3. Шнековий бур

1 - остов; 2 - буровий шнек; 3 - бурова головка; 4 - хвостовик;

5 - отвір під палець.

 

Ударно-канатний спосіб полягає в руйнуванні породи на вибої повторними ударами підвішеного на канаті породоруйнівного інструмента. Як породоруйнівний інструмент у зв’язних породах використовують буровий стакан, у незв’язних водонасичених – желонку, а у скельних та напівскельних породах – долото.

Діаметр свердловин 89....219 мм.

Глибина буріння до 50 м.

Цей спосіб прийнятний для усіх типів піщаних та пилувато-глинистих, великоуламкових, тріщинуватих, напівскельних, а також мерзлих грунтів.

При ударно-канатному способі можлива проходка свердловини кільцевим або суцільним забоєм. Особливості проходки для цих випадків наведні в табл. 1.3.

Буріння кільцевим забоєм полягає у скиданні (з певної висоти) забивного стакана, який заповнюється ґрунтом, з наступним підйомом його на поверхню.

Буріння суцільним забоєм застосовують для розбурювання великих уламків неміцних скельних порід. Бурові роботи ведуться ударними долотами з наступною очисткою свердловини і підйомом зруйнованої породи на поверхню желонкою. Желонка являє собою стакан, в нижній частині якого є клапан, котрий при підйомі зачиняє отвір.

Таблиця 1.3

Характеристики проходки свердловини кільцевим та суцільним забоєм

 

Вид забою Суцільний вибій Кільцевий вибій
ПРІ долота, желонки забивні стакани, ґрунтоноси
Достоїнства можливість проходки в крупноуламкових ґрунтах і скельних тріщинуватих ґрунтах велика швидкість проходки в обводнених піщаних ґрунтах, якісний добір монолітів, точність документації
Недоліки складність технологічного пристрою, мала швидкість проходки в монолітних скельних ґрунтах неможливість добору монолітів обводнених піщаних ґрунтів, складність технічного обладнання бурової установки

 

Установки для ударно-канатному способу буріння:

а) причепні - УБП-15м, БУКС-ЛГТ;

б) самохідні - ЧОЛУ-50, УГБ-1ВР, УБР-2м.

 

Вібраційний спосіб застосовується для буріння однорідних піщано-глинистих грунтів без великоуламкових включень.

Діаметр свердловин 89...168 мм.

Глибина буріння до 30 м.

За способом створення коливань розрізняють віброзанурення та віброударне занурення

Віброзанурення – коли під впливом вібрацій бурового інструмента різко знижується опір породи, завдяки чому буровий снаряд (рис 1.4) під дією власної ваги та ваги вібратора занурюється у ґрунт. Вібраційне буріння можливо застосовувати при бурінні порід з невеликим лобовим і значним боковим опором (піски, супіски).

 

 



 

 

Рис.1.4. Породоруйнівний інструмент для вібраційного буріння

а - віброзонд; б - віброзонд з клапаном;

1 - башмак; 2 - корпус; 3 - різьбовий конус;

4 - клапан;5 - упор; 6 – палець

 

Віброударне занурення коли буровий снаряд занурюється у ґрунт під впливом частих ударів, прикладених до верхнього кінця снаряду. Цей спосіб застосовують при бурінні порід зі значним лобовим опором (тугопластичні, напівтверді та тверді глинисті ґрунти).

Достоїнства вібраційного способу полягають у наступному:

- точність картирування;

- велика швидкість проходки в пухких ґрунтах.

Недоліки способу:

- мала глибина буріння;

- вимоги до стійкості стінок свердловини;

- низька якість монолітів ґрунтів;

- обмеження по ґрунтах.

Установки для вібраційного способу буріння - БУЛИЗ-15М, АВБ-2М (див. рис.1.5).

 

 

Рис.1.5. Вібраційна установка АВБ-2М

1 - гвинтовий підйомник щогли; 2 - таль;

3 - вібромолот; 4 - щогла; 5- опора щогли;

6 - лебідка; 7 - генератор; 8 - автомобіль

 


Заняття № 2

ТЕМА: "Польові методи визначенні деформаційних властивостей ґрунтів".

I. Основні поняття.

Майже усі існуючі будівлі чи споруди, побудовані на нескельних ґрунтах, в процесі будівництва і експлуатації зазнають осідань, які неминуче виникають внаслідок ущільнення ґрунтів основи під дією ваги будинку чи споруди.

Деякі інженерні споруди, як лінійні (цехи промислових підприємств, естакади), так і висотні (димарі, вежі, щогли), чутливі не тільки до рівномірних надмірних, але й до невеликих нерівномірних осідань. Виникнення та розвиток нерівномірних осідань призводить не тільки до появи тріщин у зовнішніх (облицюванні) і внутрішніх деталях конструкцій, але й до зміни вертикальної стійкості споруд (кренів димових труб, веж, т. ін.).

При проектуванні особливу увагу приділяють здатності ґрунтів основ будівель чи споруд деформуватися, ущільнюватися. Мета польових досліджень – визначення деформаційних характеристик грунтів, необходних для розрахунку максимального осідання майбутньої споруди в даних ґрунтових умовах і порівняння його з гранично допустимим для певної конструкції.

Існують два основних способи розрахунку основ (тобто ґрунтів під фундаментами):

а) за деформаціями (визначення максимального осідання);

б) за несучою здатністю (визначення стійкості).

Для розрахунку основ за деформаціями необхідно знати їх стисливість (тобто здатність ущільнюватися під навантаженням від ваги будівлі чи споруди).

Кожен елементарний об’єм ґрунту у основі споруди знаходиться в стані трьохвісного стиснення (рис. 2.1). Під дією цього тиску, обумовленого вагою споруди, ґрунти основи деформуються та ущільнюються.

Закон деформування ґрунтів аналогічний закону пружності в механіці (закону Гука):

λ = s / Ε,

де λ - відносна деформація (відношення величини стиснення зразка під вертикальним навантаженням, без можливості бічного розширення, до початкової висоти зразка);

s - діюче напруження;

Ε - модуль пружності (коефіцієнт пропорційності).

В механіці ґрунтів мають справу з модулем загальної деформації (Е0), що враховує пружні деформації ґрунту в умовах його одноразового навантаження, який визначають за формулою

Ε0 = s / λ.

Модуль деформації ґрунтів Е0 є кількісною характеристикою механічних властивостей ґрунтів - їхньої здатності деформуватися при стисненні.

Здатність ґрунтів різних генетичних типів деформуватися під дією навантаження залежить, насамперед, від геологічних умов їх утворення, особливо піщано-глинистих відкладень четвертинного періоду, які є, в переважній більшості, основами сучасних будівель і споруд.

 
 
Рис.2.1. Схема напруженого стану ґрунту

 

 
 


Рис. 2.2. Графік залежності між напруженням та відносною деформацією

 

На рис. 2.2 наведено графічну залежність між напруженням і відносною деформацією у вигляді λ=f(s). Як видно з графіка, крива цієї залежності може бути умовно розбита на дві ділянки: лінійну (1 - відповідає зоні ущільнення ґрунту) і криволінійну (2 - відповідає зоні руйнування структури ґрунту). На лінійній ділянці між λ і σ існує прямо пропорційна залежність. Тому модуль загальної деформації Е0 може бути визначений тільки на цій ділянці.

Таким чином, для розрахунку основ за деформаціями необхідно на основі польових досліджень одержати для даного типу ґрунту графік залежності λ=f(s).

Існують такі основні методи польових досліджень ґрунтів:

штамподосліди (вертикальне навантаження на ґрунти); місця проведення штамподослідів - шурфи, котловани та технічні свердловини;

пресіометрія (горизонтальне навантаження на ґрунти); місця проведення пресіометричних випробувань - у технічних свердловинах;

дилатометрія (експрес метод);

місця проведення дилатометричних досліджень – масив грунту.

При виконанні польових робіт основними задачамиє:

а) визначення порівняльної стисливості ґрунтів в різних напрямках;

б) визначення модуля загальної деформації Е0;

в) визначення просадковості лесових ґрунтів;

г) визначення стисливості мерзлих ґрунтів при відтаванні.

 

Штамподосліди

У процесі випробування ґрунтів статичними навантаженнями моделюється робота основи під жорстким фундаментом при дії зовнішніх вертикальних навантажень та інших впливів (замочування, підвищення температури та ін.). Одержуваний експериментальний графік залежності осідання S моделі фундамент-штамп від переданого на нього тиску Р є основою для визначення деформаційних і контролю міцносних властивостей ґрунтів.

Методика проведення робіт і розрахунок значень модуля деформації регламентується відповідними положеннями ДСТУ Б В.2.1-7-2000 "Грунти. Методи польового визначення характеристик міцності та деформативності".

Прилади та устаткування:

- штамп (плоский круглий чи квадратний з площею 600-5000 см2);

- пристрій для навантаження штампа:

а) з гідравлічним домкратом (рис.2.3, б,в,г);

б) з завантажувальною платформою (рис.2.3, а);

- пристрій для виміру осідань штампа (індикатори годинникового типу, прогиноміри, геодезичні марки та ін).

 


Рис.3. Схеми установок для випробування ґрунту штампом

а - з навантажувальною платформою; б, в, г - з гідравлічним домкратом

1 - штамп; 2 - стійка; 3 - балка (рама); 4 - тарований вантаж;

5 - гідродомкрат; 6 - нахилені розпірки; 7 - горизонтальні розпірки;

8 дерев’яне кріплення

Методика проведення досліджень.Збирають установку заданого типу й установлюють датчики вертикальних переміщень (не менше трьох), навантажують штамп ступінями тиску. Кількість ступіней повинна бути не менш 5. Максимальне навантаження на штамп повинно бути більше тиску на ґрунт від проектованої споруди на 100...200 кПа. У першу ступінь включається тиск від ваги ґрунту на позначці випробування, що розраховується за формулою Р1 = ρ ´ h, де р щільність ґрунту на позначці випробування h.

Ступіні тиску (ΔPi) в залежності від номенклатури ґрунту приймають рівними:

- для великоуламкових ΔPi =1 кгс/см2 чи 100 кПа;

- для піщаних ΔPi =0,25...1 кгс/см2 чи 25...100 кПа;

- для пилувато-глинистих ΔPi =0,05...0,25 кгс/см2 чи 5...25 кПа.

Кожна ступінь тиску витримується до умовної стабілізації осідання ґрунту. За критерій умовної стабілізації приймають швидкість осідання штампа, що не перевищує 0.1 мм за час t, що складає для великоуламкових ґрунтів 0.5 години, для піщаних - 1 годину, для пилувато-глинистих - 2...3 години.

Відліки на прогиномірах (індикаторах) знімають на кожній ступіні навантаження.

Після закінчення навантаження ґрунту та стабілізації деформацій виконують розвантаження штампа подвоєними ступінями з замірами відповідних деформацій. Ця інформація дає уяву про пружні деформації ґрунту.

Обробка результатів. По закінченні досліду будують графік залежності S = f(p). На лінійній ділянці графіка повинно бути не менш 4-х точок

Модуль деформації для лінійної ділянки (по осередненій прямій) обчислюється за формулою:

Е0 = (1 – ν2) К D ΔP / ΔS, МПа;

де ν - коефіцієнт Пуасона;

К - коефіцієнт, що залежить від форми та розмірів штампа;

D - діаметр штампа, см;

ΔР - збільшення тиску на штамп, МПа;

ΔS - збільшення осідання штампа (см), що відповідає ΔР, і визначається по осередненій прямій

Для великоуламкових ґрунтів ν = 0,27;

для пісків і супісків ν = 0,30;

для суглинків ν = 0,35;

для глин ν = 0,42;

 

Прикладобчислення модуля деформації. У контурі майбутньої споруди в шурфі виконувалися випробування ґрунтів статичними навантаженнями на штамп площею 0,5 м2. При цьому фіксувалося осідання штампа S (мм) і питомий тиск Р (МПа). Побудуйте графік залежності S=f(p) і по ньому визначте модуль деформації ґрунтів Е0 (кПа). При розрахунку природного тиску Р0 щільність ґрунтів прийняти r =2 г/см3.

Для суглинків на глибині 2,5 м отримано наступні результати:

 

Питомий тиск на штамп Р (МПа): 0,05; 0,1; 0,15; 0,2; 0,25; 0,3.
             
Повне осідання штампа S (мм): 0,95; 2,65; 4,35; 6,30; 10,35; 13,95.

 

Графік залежності осідання від питомого тиску наведено на рис. 2.4.

Далі обчислимо значення модуля деформації.

Е=(1 - ν2) k d (DP/DS);

де k =0,8 - безрозмірний коефіцієнт, який залежить від форми штампа;

d=80 см - діаметр круглого штампа;

DP - приріст тиску на штамп в МПа (кгс/см2), рівний Рк-Р0;

DS - приріст величини осідання штампа в см, відповідний DP, визначений на осередненій прямій.

Значення DP визначають графічно в межах умовно прямолінійної ділянки графіка. Початком ділянки є точка на графіку, яка відповідає природному тискові Р0. Кінець ділянки знаходиться за умови, що осідання за останню ступінь навантаження не перевищує подвоєного значення осадання за попередню ступінь.

Для обчислення DP на графіку знаходять точку 1, що відповідає повному осіданню штампа при природному тиску ґрунту P0 на глибині Н (м) установки штампа.

P0 = g Н= 20 x 2,5 = 50 кПа = 0,05 МПа.

Далі обирають кінцеву точку 4 на лінійній ділянці, що відповідає тиску Рк = 0,2 МПа. Відповідно DР =Рк - Р0 = 0,2 - 0,05=0.15 МПа, та DS = 4,35 – 0,95=3,4 мм. Тоді

Е = (1- 0,09) х 0,8 х 80 х (0,15/0,34)=25,7 МПа

 
 

Рис.2.4. Графік залежності величини осідання штампу S від питомого тиску P

 

Достоїнством штамподослідвє еталонна точність визначення значень Е0.

Недоліками штамподослідв є:

- мала глибина проведення досліду (тільки вище РПВ);

- значна тривалість досліду (особливо в глинистих ґрунтах);

- складність монтажу і громіздкість конструкції установок.

 

© 2013 wikipage.com.ua - Дякуємо за посилання на wikipage.com.ua | Контакти