ГОСТ Р ИСО 22475-1-2017. Национальный стандарт Российской Федерации. Геотехнические исследования и испытания. Методы отбора проб и измерения подземных вод. Часть 1. Технические принципы для выполнения

6.4 Отбор проб с использованием специальных устройств

 

6.4.1 Общие положения

6.4.1.1 Отбор проб специальными устройствами может быть использован со многими методами бурения. Диаметр бурения должен быть выбран с таким расчетом, чтобы грунтонос можно было опускать на дно ствола скважины без препятствий.

6.4.1.2 В зависимости от условий грунтов допускается использовать различные виды грунтоносов (см. таблицу 3). Обычно отбор проб грунтоносами используется в комбинации с любыми методами бурения, с применением бурового раствора или обсадных труб для обеспечения крепления стенок скважины. Метод и техника бурения должны быть выбраны таким образом, чтобы предотвратить неприемлемые повреждения образцов грунтов.

6.4.1.3 Внутренняя поверхность грунтоноса или трубчатого вкладыша должна быть чистой и гладкой без каких-либо выступающих краев или неровностей, которые могут вызывать повреждение пробы.

6.4.1.4 Бурение скважины под обсадную трубу ударным способом не разрешается производить на полную глубину в случае отбора проб категории A. Ударный процесс должен быть остановлен по меньшей мере на глубине, меньшей глубины взятия пробы на 0,25 м или пяти диаметров ствола скважины.

6.4.1.5 Если обсадная труба используется в легко разрушающихся глинистых грунтах, то ее нельзя опускать ниже 2,5 наружного диаметра обсадной трубы до дна ствола скважины. Пробы должны быть взяты из нетронутого грунта ниже обсадной трубы в предварительно укрепленном или поддерживаемом цементным раствором стволе скважины, который должен быть больше диаметра грунтоноса.

6.4.1.6 Для получения устойчивого ствола скважины характеристики бурового раствора следует выбирать в соответствии с методом бурения, геологическими и гидрогеологическими условиями.

6.4.1.7 До начала отбора ненарушенных проб любой разрушенный материал должен быть удален со дна скважины. В случае очистки дна скважины промывочной жидкостью долото бурового инструмента при вращательном бурении должно продвигаться вперед с предельной осторожностью, а циркуляция жидкости должна быть уменьшена, пока долото не достигнет глубины, на которой планируется взятие пробы. Оставшийся несвязный рыхлый материал должен быть удален.

 

Таблица 3

 

Отбор проб грунта с использованием специальных устройств

 

Строка	1	2	3	4	5	6	7	8
	Тип устройства для отбора проб <b>	Предпочтительные размеры пробы, мм		Примененная технология отбора проб	Применения и ограничения		Категория отбора проб для грунтов, как в графе 6 <a>	Достижимый класс качества <a>
		Диаметр	Длина		Непригодно для отбора проб следующих пород грунтов	Рекомендуется для отбора проб следующих пород грунтов
1	С тонкими стенками (OS-T/W)	70 - 120	250 - 1000	Статическая или динамическая проходка	Гравий, рыхлый песчаный грунт ниже поверхности воды, твердые связные грунты, грунты, включающие в себя крупные частицы	Связные или органические грунты мягкой или жесткой консистенции	A	1
						Песок (средней) плотности ниже поверхности воды	B (A)	3 (2)
						Связные или органические грунты жесткой консистенции	A	2 (1)
2	С толстыми стенками (OS-TK/W)	Свыше 100	250 - 1000	Динамическая проходка	Гравий, песок ниже поверхности воды, пастообразные и твердые связные или органические почвы, грунты, содержащие крупные частицы	Связные или органические грунты от мягкой до жесткой консистенции и включающие в себя крупные частицы	B (A)	3 (2)
3	С тонкими стенками (PS-T/W)	50 - 100	600 - 800	Статическая проходка	Гравий, очень рыхлые и плотные пески, полутвердые и твердые, связные или органические почвы, грунты, включающие крупные частицы	Связные или органические грунты пастообразной или жесткой консистенции и очень нежные грунты	A	1
						Песок выше грунтовых вод	B	3
4	С тонкими стенками (PS-TKW)	50 - 100	600 - 1000	Статическая проходка	Гравий, песок ниже поверхности воды, пастообразные и твердые связные или органические грунты, грунты, включающие в себя крупные частицы	Связные или органические грунты от мягкой до жесткой консистенции и чувствительные грунты	B (A)	2 (1)
5	Цилиндр (LS)	250	350	Статическое вращение	Песок	Глина, ил	A	1
6	Цилиндр (S-SPT)	35	450	Динамическая проходка	Крупный гравий, глыбы	Песок, ил, глинистые породы	B	4
7	Окно	44 - 98	1500 - 3000	Статическая или динамическая проходка	Песок, гравий	Ил, глина	C	5
<a> Категории отбора проб и достижимые классы качества в скобках могут быть достигнуты только в определенных благоприятных грунтовых условиях, которые надо объяснять в каждом случае.
<b> QS-T/W - открытые трубчатые грунтоносы с тонкими стенками; OS-T/W - открытые трубчатые грунтоносы с толстыми стенками; PS-TK/W - поршневые устройства для отбора проб стойкими стенками; PS-TKW - поршневые устройства для отбора проб с толстыми стенками; LS - большие устройства для отбора проб; S-SPT - устройство для отбора проб SPT (стандартное испытание на проникновение).

 

6.4.2 Отбор проб с использованием открытых или поршневых грунтоносов

6.4.2.1 Общие положения

Для извлечения из стволов скважин проб связных, песчаных и органических грунтов могут быть использованы открытые трубчатые или поршневые грунтоносы. Эти устройства, как правило, состоят из цилиндрической грунтоприемной части (грунтовой трубы) с поршнем (или без поршня) и переходника для подсоединения к удлинительным штангам. Открытый трубчатый грунтонос (с тонкими и толстыми стенками) может быть использован в стволах скважин. Поршневой грунтонос допускается задавливать непосредственно в мягкий или средней плотности грунт.

6.4.2.2 Общая конфигурация

6.4.2.2.1 Внутренние диаметры трубчатых грунтоносов в пределах от 50 до 120 мм являются общепринятыми, но для специальных грунтовых условий используют трубчатые грунтоносы с диаметрами труб до 250 мм. Нижний край трубы должен образовывать режущую кромку.

6.4.2.2.2 Длину грунтовой трубы грунтоноса предпочтительно принимать в 20 раз больше диаметра пробы. Эффективная длина грунтовой трубы при отборе пробы от 0,45 до 1,00 м считается достаточной для проведения обычного испытания грунта. Более длинные трубы допускается использовать, если применяют средства снижения бокового трения.

6.4.2.3 Подробная конфигурация

6.4.2.3.1 Материал трубы для отбора пробы грунта должен быть достаточно прочным, способным противостоять коррозии и с гладкой поверхностью. Толщину стенки грунтовой трубы следует выбирать таким образом, что труба выдерживала деформации при ее вдавливании в грунт.

6.4.2.3.2 Используемые тонкостенные грунтоносы должны удовлетворять следующим требованиям, которые по аналогии применяются к устройствам для отбора проб с другими внутренними диаметрами:

a) угол конусности кромки не превышает 5°;

b) отношение площадей C_a (см. 3.3.11) не меньше 15%;

c) углы конусности между 5° и 15° и отношение площадей до 25% могут быть использованы только в случае, если показано, что они не влияют на класс качества;

d) для трубчатых грунтоносов с C_a больше 15% угол режущей кромки следует уменьшать, так как толщина стенки увеличивается;

e) допуски по размерам режущей кромки и грунтовой трубы следует выбирать с расчетом получения минимального коэффициента внутреннего зазора C_i (см. 3.3.12) меньше 0,5%. При оценке значения внутреннего зазора необходимо принимать самый неблагоприятный вариант производственных допусков.

6.4.2.4 Приготовление труб

6.4.2.4.1 До начала отбора проб соответствующее устройство и его компоненты следует внимательно осмотреть, особенно режущую кромку. Дефектные или поврежденные детали следует заменить. Чтобы сохранить пробу неповрежденной в течение извлечения, транспортирования и обработки ее в лаборатории, рекомендуется использовать устройства для отбора проб, имеющие жесткие вкладыши с низким трением внутренней стенки.

6.4.2.4.2 Внутреннюю стенку грунтовой трубы или вкладыша следует поддерживать чистой и гладкой, без каких-либо выступающих краев или неровностей, которые могут быть причиной нарушения целостности пробы. Трубы и вкладыши должны иметь гладкие стенки, чтобы свести к минимуму трение о грунт. Трубы со следами коррозии на внутренней стороне или имеющие поврежденную режущую кромку не допускается использовать.

6.4.2.5 Методика работы в полевых условиях

6.4.2.5.1 Грунтонос должен задавливаться или забиваться в грунт (см. графу 4 таблицы 3). Если используется ударный способ, то используемый падающий груз должен ударять непосредственно по головке грунтоноса. Его масса должна быть достаточной, чтобы обеспечивать необходимое проникновение грунтоноса при минимальном числе ударов с небольшой высоты.

6.4.2.5.2 Перед началом взятия пробы из скважины любой рыхлый или разрушенный материал со дна ствола должен быть удален. Грунтонос следует осторожно опускать в ствол скважины, насколько это возможно, после того как дно скважины было очищено. Грунтовую трубу необходимо задавливать по меньшей мере на 200 мм ниже любого нарушенного материала в основании или ниже основания скважины. Если используется обсадная труба, то пробы должны быть взяты из неповрежденного грунта ниже обсадной трубы.

6.4.2.5.3 Глубина ствола скважины и положение грунтоноса должны быть измерены и проверены в момент, когда устройство для отбора проб заводят в ствол скважины. Грунтонос не должен касаться грунта на дне при опускании на его полную глубину.

6.4.2.5.4 Погружение грунтоноса для отбора пробы грунта следует осуществлять в одном непрерывном движении на заранее определенную глубину. Длину этого погружения следует измерять и оценивать при использовании каждого типа грунтоноса. Предпочтительно использовать не более 90% эффективной длины. Погружение глубже эффективной длины не разрешается.

6.4.2.5.5 После погружения грунтоноса проба должна быть подрезана на нижнем конце грунтовой трубы путем вращения штанг или за счет медленного и осторожного подъема самого устройства без каких-либо вибраций или ударов, чтобы сохранить пробу в неповрежденном состоянии. Часто рекомендуется не перемещать грунтонос после погружения в грунт в течение нескольких минут, чтобы произошло достаточное прилипание между пробой и грунтовой трубой или вкладышем.

6.4.2.5.6 После извлечения грунтоноса из ствола скважины его следует разобрать, и при необходимости пробу надо осторожно вытолкнуть без изгиба или кручения. Грунтовую трубу и режущую кромку следует проверить на любые деформации и повреждения. Если имеются какие-либо деформации, их следует отметить в документах отбора пробы. Наличие рыхлых грунтов или кусочков породы на верхнем конце грунтовой трубы должно быть также проверено и отражено в документах.

6.4.2.5.7 Процесс извлечения пробы из грунтоноса может нарушать грунт. Это влияние должно быть принято во внимание.

6.4.2.6 Отбор пробы открытым трубчатым грунтоносом

6.4.2.6.1 В дополнение к компонентам, упомянутым в 6.4.2.3, открытые трубчатые грунтоносы (OS) состоят из грунтовой трубы устройства отбора проб с увеличенным пространством и оголовником с цилиндром обратного клапана. Шламовая труба обеспечивает создание дополнительного пространства, в которое может проходить разрушенный материал из скважины. Шар и седло обратного клапана должны быть достаточного размера, чтобы обеспечивать выход содержащейся воды и воздуха при поступлении пробы в трубу, а также плотно закрываться при извлечении грунтоноса из скважины (см. рисунок 4). На своем верхнем конце грунтовая труба имеет резьбу для подсоединения к шламовой трубе.

6.4.2.6.2 Отбор пробы грунта с использованием тонкостенного грунтоноса с открытой грунтовой трубой обычно относят к методу отбора пробы категории A или B в зависимости от грунтовых условий (см. таблицу 3).

6.4.2.6.3 Толстостенные грунтоносы с открытой грунтовой трубой являются наиболее пригодными для твердых и плотных грунтов и для грунтов, содержащих крупные частицы (см. строку 2 таблицы 3). Для грунтов, пробы которых трудно отобрать, требуются устройства, которые удерживают пробу или закрываются.

6.4.2.6.4 Толстостенные грунтоносы с открытой грунтовой трубой обычно относят к методу отбора пробы категории B.

6.4.2.7 Отбор пробы с использованием поршневых грунтоносов

6.4.2.7.1 Поршневые грунтоносы могут быть использованы в таких дисперсных грунтах небольшой прочности, как ил и глина, включая очень слабые глинистые породы. Их можно применять либо в стволах скважин, либо непосредственно с поверхности грунта.

6.4.2.7.2 Поршневой грунтонос состоит из грунтовой трубы, в которой скользит без зазора поршень с небольшим конусом на своей нижней торцевой поверхности. Грунтовую трубу прикрепляют к оголовнику грунтоноса, в то время как поршень независимо крепится к центральному стержню. Этот стержень проходит через скользящую втулку в оголовнике грунтоноса и далее вверх внутри буровых штанг. Зажимы, установленные на поверхности на уровне земли, дают возможность жестко соединять поршень и грунтовую трубу или удерживать поршень неподвижно относительно уровня земли (см. рисунок 5). Поршень должен быть освобожден или жестко зафиксирован относительно поверхности земли перед заглублением грунтоноса для отбора пробы. Перемещение поршня на 1% длины погружения вследствие механического натяжения стержня является допустимым. Глубина погружения грунтоноса не должна быть больше запланированной длины пробы, чтобы не допустить деформирования пробы.

6.4.2.7.3 Отбор пробы грунта с использованием поршневого грунтоноса обычно относят к методу отбора пробы категории A (см. таблицу 3). В определенных обстоятельствах поршневой грунтонос может быть использован в песчаных грунтах с помощью соответствующего кернорвателя. Метод отбора пробы в этом случае относят к категории B. При отборе глин не следует использовать кернорватель вследствие риска нарушения пробы. Если же кернорватель был применен, то это должно быть зафиксировано в документации отбора пробы.

 

 

1 - резьбовая муфта; 2 - держатель пробы; 3 - грунтовая

труба; 4 - режущий башмак; 5 - соединение к буровым штангам

или скользящему молоту; 6 - обратный клапан; 7 - увеличенное

сверху пространство; 8 - клапан; 9 - вкладыш (по отдельному

заказу); D₁ - внутренний диаметр режущего башмака;

D₂ - наибольший наружный диаметр режущего башмака;

D₃ - внутренний диаметр грунтовой трубы или вкладыша;

D₄ - наружный диаметр грунтовой трубы

 

Рисунок 4 - Примеры грунтоносов с открытой трубой (OS)

для извлечения проб из скважин

 

 

 

 

1 - замковое устройство буровой штанги над землей;

2 - обсадная труба; 3 - грунтовая трубка; 4 - центральный

стержень; 5 - уплотнительное кольцо; 6 - грунт с нарушенной

структурой; 7 - поршень; 8 - вкладыш (опционально)

 

Рисунок 5 - Схематическое изображение тонкостенного

стационарного поршневого грунтоноса (PS)

для отбора пробы со дна скважины

 

6.4.3 Отбор проб грунтоносом для стандартного пенетрационного испытания (SPT)

6.4.3.1 Грунтонос для стандартных пенетрационных испытаний в основном используют для испытаний грунтов согласно ИСО 22476-3. Это устройство отбирает пробы диаметром 35 мм и длиной 450 мм при отношении площадей C_a около 100%.

6.4.3.2 Отбор пробы с помощью грунтоноса для стандартных пенетрационных испытаний относят к методу категории C (см. таблицу 3). В некоторых однородных дисперсных грунтах его допускается использовать в качестве метода категории B.

6.4.4 Отбор керна грунтоносом с боковым окном

6.4.4.1 Грунтонос с боковым окном состоит из полой трубы с продольной щелью - окном, вырезанным вдоль части трубной длины. В нижнем конце трубы установлен башмак, имеющий острую режущую кромку. Грунтоносы с боковым окном используют для взятия керна путем задавливания, динамического воздействия или удара. После забивки и извлечения из грунта образец извлекают через окно (см. рисунок C.23).

6.4.4.2 Отбор образца грунтоносом с боковым окном следует делать только в нижней части скважины, где проба грунта не может перемешиваться с верхними слоями грунта, при этом затвор не используют.

6.4.4.3 Отбор керна устройством с боковым окном относится к методу отбора проб категории C (см. таблицу 3).