Проектирование и строительство нормативно-методические документы arrow Автодороги arrow Методические рекомендации Методические рекомендации по инженерно-геологическому обследованию болот  
25.09.2018
    
Методические рекомендации Методические рекомендации по инженерно-геологическому обследованию болот

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СОВЕТА МИНИСТРОВ БССР
ПО ДЕЛА
М СТРОИТЕЛЬСТВА

(ГОССТРОЙ БССР)

БЕЛОРУССКИЙ ДОРОЖНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ

(БЕЛДОРНИИ)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
ПО ИНЖЕНЕРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОМУ ОБСЛЕДОВАНИЮ
БОЛОТ МЕТОДАМИ СЕЙСМОРАЗВЕДКИ

Согласованы постановлением Государственного
комит
ета Совета Министров БССР по
делам строительства от 2 апреля 1976 г.
11

Минск 1976

«Методические рекомендации по инженерно-геологическому обследованию болот методами сейсморазведки» содержат указания по применению геофизических методов при дорожных изысканиях в заболоченной местности. Предназначены для руководства при зондировании болот и определения физикоеханических свойств болотных грунтов инженерам-геологам, знакомым с общими принципами геофизической разведки, и инженерам-геофизикам, работающим в дорожных изыскательских партиях.

«Методические рекомендации по инженерно-геологическому обследованию болот методами сейсморазведки» составлены на основе теоретических исследований и практического опыта геофизических изысканий Белдорнии с учетом действующих методических и нормативных документов в области дорожных инженерно-геологических изысканий и общих геофизических инженерных изысканий.

«Методические рекомендации …» составил инженер В.Е. Сеськов под руководством и при участии канд. техн. наук В.Н. Яромко. Общее редактирование осуществлено канд. техн. наук И.Е. Евгеньевым.

При составлении «Методических рекомендаций …» учтены замечания Союздорнии, Союздорпроекта Белгипродора, БелГНИЗа, Белорусского научно-исследовательского института мелиорации и водного хозяйства и других организаций.

Отзывы и предложения по «Методическим рекомендациям …» просим присылать по адресу: г. Минск, Типографская, 28, Белдорнии.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1. «Методические рекомендации по инженерноетодическому обследованию болот методами сейсморазведки» содержат указания по определению глубины болотной залежи и физико-механических свойств составляющих ее грунтов методами инженерной сейсморазведки. Они предназначены для практического применения при инженерно-геологическом обследовании болот для целей проектирования новых и реконструкции существующих автомобильных дорог.

1.2. Для определения мощности болотной залежи, а также толщины существующего земляного полотна применяют методы сейсмозондирования и сейсмопрофилирования.

1.3. Физико-механические характеристики болотных грунтов - влажность, коэффициент пористости, объемная масса скелета, сжимаемость, упругие и диссипативные характеристики - определяют методами сейсмического просвечивания и сейсмокаротажа с использованием функциональных и корреляционных зависимостей между сейсмическими и физико-механическими свойствами грунтов.

1.4. Аппаратура, используемая при зондировании и определении физикоеханических свойств сейсмометодами, описана в приложении 1. Предложенные методы разработаны для глубины болотной залежи до 15 м (при ударном возбуждении колебаний грузом массой до 10 кг).

1.5. Основными физическими предпосылками использования методов инженерной сейсморазведки при обследовании болот является: скоростная дифференциация распространения упругих волн в болотных грунтах и грунтах минерального дна болота; различие акустических жесткостей болотных грунтов и грунтов минерального дна б·vб ρμ·vμ, где ρб·vб и ρμ·vμ соответственно плотность и скорость упругих волн в болотных и минеральных грунтах); зависимость скоростей упругих волн от состава и состояния болотных грунтов.

1.6. Методы инженерной сейсморазведки целесообразно применять в комплексе со стандартными методами, что значительно повышает полноту и достоверность получаемых характеристик болотных грунтов. На стадии предварительных изысканий, а также при одностадийном проектировании дорог IV - V технических категорий методы сейсморазведки можно применять в качестве основных. Применение методов сейсмозондирования дает наибольший эффект при определении толщины существующей насыпи на болоте, а также при наличии плотного минерального слоя или слоя мерзлоты на поверхности болота (приложение 5).

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГЛУБИНЫ БОЛОТНОЙ ЗАЛЕЖИ

2.1. Сейсмические методы определения глубины болотной залежи целесообразно применять на всех этапах инженерно-геологического обследования болот*.

* Содержание этапов см. в «Методических указаниях по инженерно-геологическому обследованию болот при изысканиях автомобильных и железных дорог». М., Союздорнии, 1973.

На первом этапе - рекогносцировочном - при соответствующем технико-экономическом обследовании (зимние работы, реконструкция дороги и т.п.) сейсмозондирование проводят на коротких локальных поперечниках, выбранных в наиболее характерных местах намеченного перехода через болото.

На втором этапе - подробных изысканий - сейсмопрофилирование служит дополнением к стандартным методам. Излучение непрерывного профиля на поперечниках через 25 - 50 м, а также профиля по оси трассы целесообразно осуществлять сейсмометодами в комплексе со статическим зондированием в 1 - 2 точках на каждом поперечнике. При наличии существующей насыпи или слоя минерального грунта, либо при изысканиях в зимний период с помощью сейсмозондирования можно сократить трудоемкость работ в 1,5 - 2 раза за счет уменьшения объема бурения.

2.2. Обследование болот производят методами преломленных волн (МПВ) - продольными Vр и поперечными V3 поверхностных и отраженных волн. С помощью МПВ можно выделить только те границы между слоями, на которых скорость упругих волн возрастает с глубиной.

2.3. В особых случаях сочетаний слоев могут наблюдаться явления выпадения слоя, экранирования. Во избежание ошибок рекомендуется производить контрольное механическое зондирование в отдельных точках (при однослойном разрезе через 200 м, двухслойном - 100 м и трехслойном и более - через 50 м) с целью проверки строения залежи.

2.4. В ветреную погоду для уменьшения помех сейсмоприемники рекомендуется устанавливать в приямки и присыпать грунтом.

2.5. Возбуждение упругих колебаний при зондировании болот производят ударным способом, который позволяет получать все типы волн.

При ударном способе продольные волны возбуждают вертикальными ударами, которые наносят по специальной подставке (удар Z).

Поперечные волны SV возбуждаются или аналогичным вертикальным ударом, или горизонтальным ударом (по направлению сейсмического профиля), который производят по вертикальной стенке специально выкопанной ямки или по вкопанной подставке (удар X).

Поперечные волны SH возбуждаются горизонтальным ударом, но в направлении, перпендикулярном сейсмическому профилю (удар V).

Регистрация продольных волн производится сейсмоприемниками, расположенными вертикально (по направлению Z), поперечных волн SV сейсмоприемниками, расположенными горизонтально, по линии профиля (по направлению X), поперечных волн SH - сейсмоприемниками, расположенными горизонтально, но перпендикулярно линии профиля (по направлению Y).

2.6. Непрерывные профили рекомендуется разбивать на опорных поперечниках или, в случае необходимости, через все болото. Длина сейсмического профиля определяется глубиной и строением болота, а также гидрогеологическими условиями и должна быть не меньше учетверенной глубины болота.

2.7. Сейсмоприемники расставляют по профилю с интервалом ∆X (рис. 1). Рекомендуются следующие расстояния метрах) от сейсмоприемника до пункта возбуждения (ПВ); 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 14, 18, 22, 24, или 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 24, 28, 32, 36, или 2, 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 20, 22, 24.

Рис. 1. Схема сейсмического профиля:

1 - прямая волна; 2 - проходящая; 3 - преломленная; 4 - скользящая

2.8. Для более точного определения глубины залежи используют встречные и нагоняющие системы (особенно на существующих насыпях).

Встречной системой для некоторой преломленной волны называется система, при которой возбуждения колебаний производят с двух сторон профиля, длина которого обеспечивает приход данной волны в каждый ПВ.

Нагоняющая система для данной волны - это система, при которой два ПВ расположены с одной стороны профиля на некотором расстоянии один от другого.

2.9. Выбор системы наблюдений определяется особенностями строения грунтовой толщи:

а) болота I типа с однородным составом торфа и уклоном минерального дна менее 10°. Скорости упругих волн по глубине почти не меняются. Граница торф - минеральное дно обычно является сильной преломляющей границей для поперечных и продольных волн (возрастание скоростей больше 1,33).

Для определения общей мощности болотных отложений работы следует проводить по методике продольного или поперечного сейсмозондирования с использованием схем Z-Z или Y-Y. Встречные системы не применяют. Полоса используемых частот (фильтрация) обычно 25 - 100 Гц или широкополосная. При использовании поверхностных волн следует применять только широкополосную фильтрацию;

б) болота I типа с однородным составом торфа и уклоном минерального дна более 10°. Для повышения точности определения глубины залежи необходимо применять встречные системы;

в) болота I типа с неоднородными слоями, скорости упругих волн возрастают с глубиной. В данном случае может наблюдаться рефракция волн. Системы наблюдения рекомендуется применять встречные по схеме Z-Z;

г) болота II и III типов, где торф подстилается органо-минеральными грунтами различной консистенций. Сильные преломляющие границы отсутствуют. Скорости упругих волн растут с глубиной, в результате наблюдается рефракция волн. Рекомендуется применять продольное профилирование по схеме Z-Z с применением встречных систем;

д) болотный грунт перекрыт минеральной насыпью или естественным слоем минерального грунта.

Граница насыпь - болотный грунт в большинстве случаев является слабой, и преломленная продольная волна быстро затухает. Преломленные поперечные волны от этой границы не образуются. Граница болотный грунт - минеральное дно может быть сильной (болото заполнено полностью торфом) и слабой (болото с органо-минеральными грунтами). Рекомендуется применять встречные и нагоняющие системы.

2.10. Интерпретация данных сейсмических наблюдений при зондировании болот проводится в два этапа: 1 - сейсмическая интерпретация, включающая определение времени вступления различных типов волн на сейсмограммах или на экране осциллоскопа, построение годографов, вычисление граничных скоростей, построение преломляющих границ и 2 - геологическая интерпретация, включающая построение геологического профиля по данным границ слоев, полученным на первом этапе.

2.11. Каждый тип волн характеризуется на сейсмограммах следующими параметрами: периодом (Т), амплитудой (А) и затуханием (α). Различные типы волн обычно отделяются друг от друга на сейсмограмме периодами относительного спокойствия, но иногда они могут и накладываться друг на друга на отдельных трассах сейсмограммы из-за разной скорости распространения, вследствие чего преломленные волны, соответствующие разным границам раздела, сменяют друг друга в первых вступлениях на сейсмограмме. Критериями смены волн являются: изменение кажущихся скоростей, резкое изменение амплитуды волны без значительного изменения ее периода, изменение формы записи на сейсмограмме.

2.12. По времени прихода выделенных волн строят годографы - графики зависимости времени пробега сейсмической волны от расстояния между источником возбуждения и сейсмоприемником.

Для построения годографов по полученным сейсмограммам проводится корреляция волн - последовательное прослеживание особенностей прохождения волн от трассы к трассе луча на сейсмограмме. Корреляция проводится по первым вступлениям и фазам волн.

2.13. В зависимости от строения болотной залежи получаемые при зондировании годографы имеют три характерные формы строения: прямолинейные (см. п. 2.9,а); криволинейные (см. п. 2.9); комбинированные - болотная залежь имеет ярко выраженные градиентные свойства (торф переходит в ил; минеральное дно, как однородный слой).

2.14. Скорости волн находят по наклону годографа, по перегибу, методом разностного годографа и т.п. (приложение 2).

Построение сейсмических границ для прямолинейных годографов производят методами средних и пластовых скоростей, а для комбинированных и криволинейных - слабая градиентная среда - методами О.К. Кондратьева, способом и др. (см. приложение 2).

Для определения глубины болот по методу поверхностных волн используется связь между фазовой и групповой скоростью волны и отношением длины волны к толщине слоя λ/h или периодом, отнесенном по времени пробега поперечной волны поперек слоя (см. приложение 2).

2.15. Геологическая интерпретация полученных результатов заключается в построении геосейсмических профилей с выделением глубины минерального дна болота. На геологические профили наносят высотные отметки поверхности, дна болота, кровли слоев, определенные при геофизической интерпретации и контрольном механическом зондировании. Пример геосейсмической интерпретаций дан в приложении 4.

3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ БОЛОТНЫХ ГРУНТОВ (СЕЙСМИЧЕСКОЕ ПРОСВЕЧИВАНИЕ И СЕЙСМОКАРОТАЖ)

3.1. Для определения физико-механических показателей болотных грунтов по сейсмическим характеристикам (скорости упругих волн и их затухание) применяют сейсмическое просвечивание ис. 2а) или сейсмокаротаж (рис. ), позволяющие определить фактические скорости в болотной залежи.

Сейсмическое просвечивание и сейсмокаротаж применяют на этапе подробных изысканий и совмещают со статическим зондированием. Сейсмические методы в отличие от стандартных дают не дискретныеотдельных точках), а непрерывные характеристики между заданными ПВ и приемниками колебаний. Применение сейсмометодов увеличивает объем информации и повышает достоверность данных о физико-механических свойствах грунтов, позволяет получить ряд характеристик в полевых условиях, без применения лабораторных методов, что снижает стоимость работ в 3 - 5 раз.

Рис. 2. Способы измерения скоростей упругих волн в залежи:

а) схема сейсмопросвечивания; 1 - устройство для возбуждения колебаний; 2 - устройство для приема колебаний; б) схема сейсмокаротажа

3.2. При определении скоростей и коэффициента затухания упругих волн по вертикали залежи (сейсмокаротаж) сейсмопенетрометр при помощи штанг задавливают на требуемую глубину (приложение 1). Во время погружения сейсмопенетрометра через установленные интервалы (0,2 - 0,5 м) по индикатору регистрируется лобовое усилие вдавливанию конуса. После достижения заданной глубины штангу извлекают и производят возбуждение (на поверхности залежи) и запись колебаний. Возбуждение колебаний осуществляют ударом кувалды по подставке 0,5 - 1,0 м от места погружения.

Регистрируется время прихода продольных и поперечных волн; при ударе по схеме Z-Z получают продольные, по схеме Y-Y - поперечные волны. После этого извлекают из болотного грунта сейсмопенетрометр, соединяют со штангой и погружают до следующей отметки. Интервал измерений через 1,0 м.

3.3. При измерении скоростей упругих волн и их затухания по горизонтали (сейсмическое просвечивание) возбуждение колебаний производят конусным наконечником на расстоянии 1 - 4 м от сейсмопенетрометра, погруженного на ту же глубину.

Работы производят в следующем порядке:

Навинчивают (рис. 7, приложение 1) конус 1 и подставку 3 на штангу 2 и погружают на требуемую глубину. Подставка должна возвышаться над поверхностью залежи на 0,3 - 0,4 м, чтобы не возбуждать колебаний на поверхности залежи. В отверстие 7 вставляют; направляющую штангу 4 с грузом 5, зафиксированным в верхнем положении.

Для регистрации волн на расстоянии 1 - 4 м от пункта возбуждения на эту же глубину погружают сейсмопенетрометр (см. рис. 2а), включают регистратор и производят возбуждение колебаний. Таким же образом производят работы по всей глубине залежи, обычно через 1,0 м.

3.4. Поперечные волны на расстоянии двух - трех длин волн от источника возбуждения выделяются четко. Выделение волн SH (удар и прием Y-Y) производят по признаку инверсии фаз при перемене знака воздействия, а также интенсивности волн при ориентации сейсмоприемников по линиям X, Y и Z.

3.5. По полученным записям - осциллограммам - (рис. 3) определяют скорости упругих волн и их затухание в залежи.

Рис. 3. Осциллограмма просвечивания болотной залежи при X = 3 м

1 - 2 - сейсмоприемники расположены от поверхности залежи на X = 3 м от ПВ; 3 - 4 - - сейсмоприемники расположены в сейсмопенетрометре на глубине h = 3 на расстоянии X = 3 м от ПВ

В случае измерения скоростей упругих волн по вертикали (сейсмокаротаж) составляют сводную сейсмограмму (рис. 4а), по которой строят годографы (рис. 4б). По годографам определяют скорости упругих волн в залежи по формуле V = ∆h/∆t (∆h - расстояние от ПВ до сейсмопенетрометра, ∆t - время прохождения волной расстояния ∆h), а также среднюю скорость в залежи по формуле  (h - мощность залежи, t - время прохождения волн через залежь).

Рис. 4. Результаты измерения скоростей упругих волн по вертикали болотной залежи:

а) сводная осциллограмма по результатам сейсмокаротажа болотной залежи; б) вертикальные годографы и геологическая колонка

При измерении скоростей упругих волн по горизонтали (сейсмическое просвечивание) по полученным осциллограммам (см. рис. 3) определяют время прихода колебаний и по формуле V = Z/t (Z - расстояние от ПВ до приемника; t - время прихода колебаний) находят скорости упругих волн на данной глубине.

По результатам испытаний строят графики изменения скоростей продольных и поперечных волн, усилий вдавливания конуса по глубине болотной залежи (рис. 5). Далее по функциональным и корреляционным зависимостям (приложение 3) находят физико-механические характеристики болотных грунтов.

Рис. 5 Графики, построенные по результатам сейсмопросвечивания

Приложение 1. ИСПОЛЬЗУЕМАЯ АППАРАТУРА

При зондировании болотной залежи рекомендуется применять два вида аппаратуры: многоканальные установки (при обследовании реконструируемых дорог и осушенных болот) и одно-, трехканальные (при обследовании новых трасс на неосушенных болотах). В качестве многоканальных установок можно использовать серийно выпускаемую сейсмостанцию «Поиск-1-6/12-АСМ», которая имеет фотоосциллографическую и магнитную записи. Станция смонтирована на автомобиле ГАЗ-69, но в случае необходимости ее можно переоборудовать в переносную.

В качестве одноканальных установок рекомендуется использовать серийно выпускаемые установки ОСУ-2, ДОСУ-1 и регистратор эхолота ЭП-1. Для этих установок сконструирован специальный пульт управления, что позволяет использовать косу с 12 - 16 сейсмоприемниками, а также осуществлять фильтрацию в диапазоне частот 0 - 150 Гц.

Комплекс аппаратуры, применяемой при зондировании болотной залежи, представлен на рис. 6.

Рис. 6. Комплекс аппаратуры и оборудования:

1 - пульт управления; 2 - регистратор колебаний; 3 - переносная электростанция; 4 - устройство для возбуждения колебаний внутри болотной залежи; 5 - кабель для подсоединения сейсмоприемников к регистратору (коса); 6 - конусный зонд сейсмопенетрометра; 7 - держатель

Масса регистратора эхолота ЭП-1 8 кг, запись ведется чернилами, что позволяет сразу контролировать качество осциллограмм.

В качестве трехканальных установок можно использовать осциллограф Н-700 с трехканальным усилителем и регистратор Н-327-3.

Питание переносной аппаратуры осуществляется от электростанции мощностью 0,5 кВт напряжением 24 или 220 В, массой 20 кг.

При сейсмозондировании болот рекомендуется использовать следующие типы сейсмоприемников ОПЭД-56, СВ-10, СВ-20, ОГ-1-10 и ОГ-1-20. Для установки сейсмоприемников используются специальные держатели (см. рис. 6), позволяющие ориентировать сейсмоприемники в трех плоскостях (X, Y, Z). Держатели погружают в торф на 30 - 40 см, что обеспечивает хороший контакт сейсмоприемников с болотным грунтом. Для соединения сейсмоприемников с регистрирующей аппаратурой используют косы на 6, 12 и 16 сейсмоприемников. Возбуждение колебаний осуществляют ударом кувалды асса 10 кг) по металлической или деревянной подставке.

Для измерения скоростей прямых волн в болотной залежи разработаны специальные устройства для возбуждения и приема колебаний (способ конуса, сейсмопенетрометр, держатели).

'>

Документ сокращен, так как он очень большой. Для просмотра полной версии этого документа пройдите по ссылке Бесплатный заказ нужного документа

 
< Пред.   След. >
Полезное: