Виды бурения при инженерно-геологических исследованиях. Отбор образцов горных пород при различных видах бурения.

Различают следующие способы бурения скважин:

• по характеру воздействия на горную породу, при котором происходит её разрушение (механическое, гидродинамическое, термическое);

• по способу создания разрушительных усилий при механическом бурении (вращательное, ударное, вибрационное, задавливающее, ручное);

• по сохранности горной породы в процессе бурения (колонковое, кольцевым забоем, бескерновое);

• по виду породоразрушительного инструмента (твердосплавное, алмазное, дробовое);

• по способу удаления продуктов разрушения горных пород (с промывкой, с продувкой, шнековое, «всухую»);

• по конструкции вращателя буровых установок (шпиндельное, роторное);

• по типу буровой забойной машины (пневмоударное, гидроударное).

Способ бурения зависит от геологического строения, стадии изысканий, назначения скважины, поставленной инженерно-геологической задачи. Выбранный способ бурении должен обеспечивать получение необходимой инженерно-геологической информации и высокую производительность бурения. Наиболее достоверную инженерно-геологическую информацию позволяют получить способы бурения, дающие образцы породы в виде столбика, образовавшегося в результате кольцевого забоя скважины. К этим способам относятся колонковый, ударно-канатный кольцевым забоем и вибрационный способы. Они имеют наиболее широкое распространение при инженерно-геологических изысканиях.

При колонковом бурении порода извлекается из скважины в виде керна при помощи колонковой трубы, снабженной буровым наконечником.

При ударно-канатном бурении порода извлекается из скважины либо забивными стаканами, либо желонками.

Применяются также медленно-вращательное и шнековое бурение.

В связи с тем, что ряде случаев на одном и том же участке встречаются породы с резко отличающимися физико-механическими свойствами, при бурении скважин часто применяют не один, а несколько способов бурения, комбинирую их.

Бурение скважин вручную применяется в труднодоступных местах и стесненных условиях (в подвалах, внутри здании, в горах, на крутых склонах, на болотах, со льда водоемов и т.п.) при соответствующем обосновании в программе изыскании.

Намечаемые в программе изысканий способы бурения скважин должны обеспечивать высокую эффективность бурения, необходимую точность установления границ между слоями грунтов (отклонение не более 0,25-0,50 м), возможность изучения состава, состояния и свойств грунтов, их текстурных особенностей и трещиноватости скальных пород в природных условиях залегания.

Применение шнекового бурения следует обосновывать в программе изысканий из-за возможных ошибок при описании разреза и невысокой точности фиксации контакта между слоями грунтов (0,50 - 0,75 м и более). Структура образцов при таком способе всегда нарушенная.

При вибрационном бурении порода извлекается из скважины при помощи полого зонда в виде керна. Вибрационный способ бурения не следует применять в грунтах, способных разжижаться под воздействием механических ударов. Ускорение или замедление погружения зонда в породу вызывается сменой пород, наличием включений, вскрытием водоносного горизонта. В процессе бурении необходимо следить за заполнением зонда, чтобы не допустить переуплотнение извлекаемой породы.

Все горные выработки после окончания работ должны быть ликвидированы: шурфы — обратной засыпкой грунтов с трамбованием, скважины — тампонажем глиной или цементно-песчаным раствором с целью исключения загрязнения природной среды и активизации геологических и инженерно-геологических процессов.

Опытные полевые работы.

Для строительства сложных конструкции, для получения более надежных характеристик физико-механических свойств грунтов, наряду с лабораторными, проводятся испытания грунтов непосредственно в массиве, на месте будущего строительства. Она применяется на последних стадиях проектирования, когда уже существует полная картина геологического строения участка, геологические разрезы и генеральный план сооружения.

На данный момент используются такие методы проверок: 1. Метод статических нагрузок на штамп. 2. Прессиометрия. 3. Статическое и динамическое зондирование. 4. Испытание грунтов инвентарными сваями и испытание опытных свай натурных размеров. 5. Определение типа грунтовых условий по просадочности опытным замачиванием. 6. Срез целиков в горных выработках, раздавливание, выпирание, обрушение, вращательный срез крыльчаткой. Самым важным при проведении основных полевых работ является выявление величины сжимаемости грунта и сопротивление сдвигу. Модуль деформации грунта в полевых условиях определяется испытанием грунта статическими нагрузками (штампами). Это наиболее распространенный и достоверный способ. Целью испытания получить достоверные сведения о сжимаемости грунта в слое глубинной, равной полуторной ширине штампа, а также дополнительная величина осадки при увлажнении грунта.

Штампы, состоящие из толстых металлических пластин (усиленных ребрами жесткости) и установленные в шурфе или скважине, подают равномерное давление ступенями по 0,01-0,1 МПа. Каждую ступень выдерживают до стабилизации осадки. Также применяется испытание с помощью прессиометра. Прибор состоит из цилиндрической резиновой герметичной камеры, которую опускают в пробуренную скважину на глубину, где требуется определить показатели сжимаемости грунта, а затем создают давление при помощи специальной гидравлической или пневматической систем. Оболочка камеры плотно прижимается к стенкам скважины и начинает расширять последнюю деформируя грунт.