Способ оценки качества скального основания сооружений Советский патент 1992 года по МПК E02D1/00 

мских известняков в основании бетонных сооружений Павловской ГЭС. Например, частота трещин на 1 п.м., или модуль трещи- новатости Mj, применяемый в этом способе для оценки степени трещиноватости, может считаться достаточно корректным параметром только для массивов с четко выраженной системностью трещин; способ требует тяжелых исследований - натурных опытов (in situ); способ не дает непосредственного в.ыхода на строительные свойства, учитываемые при современном проектировании и строительстве.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ оценки качества скального основания сооружений, заключающийся в визуальной оценке грунтов осно- вания, измерении параметров трещиноватости (коэффициента трещинной пустотности КТП, расстояния между трещи- нами, ширины раскрытия трещин), определении прочностных деформационных и фильтрационных параметров грунтов натурным способом и составлении шкалы групп грунтов по степени сохранности.

Основные недостатки этого способа; способ также не универсален в виду прежде всего отсутствия определения какой-либо (количественной или хотя бы визуальной) характеристики прочности и выветрелости грунтов, поскольку разработан только для одной литологической разности - нижнекаменноугольных известняков в основании сооружений Токтогульской ГЭС; в способе основным количественным критерием при- нята величина КТП (отношение суммарной площади трещин к площади исследуемой поверхности). Определение КТП весьма трудоемко и длительно, а его довольно низкая точность особенно часто проявляется при многократных измерениях ширины трещин; необходимость, как и в первом способе, исследований in situ.

Цель изобретения - повышение оперативности способа, расширение области его применения, т.е. обеспечение возможности использования при оценке качества оснований, сложенных скальными массивами любого вещественного состава и состояния.

Указанная цель достигается тем, что в способе оценки качества скального основания сооружений, включающем визуальную оценку грунтов основания, определение параметров трещиноватости, прочностных, деформационных и фильтрационных пара- метров грунтов основания и составление по полученным данным шкалы сохранности грунтов основания, по которой оценивают качество скального основания, согласно изобретению, предварительно устанавливают экспериментальные зависимости между прочностными, деформационными и фильтрационными параметрами грунтов в массиве, с одной стороны, и параметром трещиноватости грунтов в массиве, прочностью на сжатие и коэффициентом выветрелости грунтов в образцах для различных по вещественному составу и состоянию типов скальных массивов, с другой стороны, в исследуемом массиве на эталонных площадках отбирают образцы грунта, определяют для них прочность на сжатие, коэффициент выветрелости и в качестве параметра трещиноватости массива определяют длину среднего для эталонной площадки грунтового блока, а прочностные, деформационные и фильтрационные параметры грунтов исследуемого массива определяют по указанным экспериментальным зависимостям и перечисленным параметрам прочности, выветрелости и трещиноватости грунта исследуемого массива.

В табл.1 (в макете универсальной шкалы категорий сохранности) приведена зависимость между прочностными, деформационными и фильтрационными параметрами грунтов в массиве и параметром трещиноватости грунтов в массиве, прочностью на сжатие и коэффициентом выветрелости грунтов в образцах для различных по вещественному составу и состоянию типов скальных массивов. Шкала разработана на основе обработки многочисленных экспериментальных данных и на основе некоторых известных связей между различными параметрами свойств скального массива (в частности, между модулем деформации, коэффициентом сдвига в массиве и параметром прочности в образце, а также между коэффициентом фильтрации и трещинова- тостью скальных массивов). Данный макет может быть использован при необходимости срочной оценки качества скальных оснований на любых строительных объектах (гидротехнических, гражданских, промышленных).

В табл. 2 дана шкала категорий сохранности грунтов, разработанная для одного из объектов на основе указанного макета.

Способ осуществляют по следующей технологической схеме (приводится состав и последовательность операций).

Обобщают имеющийся для многочисленных строительных объектов опыт и получают ряд зависимостей между прочностными, деформационными и фильтрационными параметрами грунтов в массиве и параметром трещиноватости грунтов в массиве, а также прочностью на сжатие и коэффициентом выветрелости грунтов в образцах - для различных по вещественному составу и состоянию типов скальных массивов.. .

Путем полевого обследования произво- дят визуальную оценку свойств исследуемого массива, на основе чего осуществляют его инженерно-геологическое микрорайонирование.

На типичных микроучастках производят отбор образцов, закладывают эталонные площадки и определяют длину ребра среднего по величине для данной площадки блокаТБ.

В лабораторных условиях на отобран- ных образцах определяют прочность на сжатие Rc и коэффициент выветрелости Kw.

По указанным зависимостям определяют с использованием полученных ТБ, RC и Kw прочностные, деформационные и фильтра- ционные характеристики грунтов исследуемого скального основания сооружения.

На основании всех полученных данных составляют шкалу категорий сохранности грунтов основания, по которой оценивают качество последнего и назначают соответствующие инженерно-технические мероприятия, если в таковых есть необходимость.

Пример. Способ апробирован на строительстве одного из крупнейших гидро- узлов.

В состав основных сооружений гидроузла входят бетонная плотина, эксплуатационный водосброс, строительный канал и комплекс подземных сооружений (здание ГЭС, туннели и т.д.).

В основании сооружений залегает толща разнообразных по составу и состоянию магматических (эффузивных) пород пермского возраста. Породы, в основном, креп- кие. Массив многочисленными и разнообразными по масштабу и ориентировке тектоническими нарушениями (разрывами и трещинами) рассечен на блоки, в результате чего приобретает блочный ха- рактер (породы от массивных и весьма круп- ноблочных до мелкоблочных). Приповерхностная часть массива ослаблена за счет совместного воздействия на мас- сив разгрузки и тропического выветривания.

На стадии строительства в числе приоритетных задач исполнительной инженерно-геологическойдокументации, выполняемой в строительных выемках не- посредственно перед возведением элемента сооружения, появляется необходимость в срочной оценке вскрытых грунтов как основания сооружения и рекомендациях инженерных мероприятий по уменьшению

неоднородности основания. В этих условиях и был применен предлагаемый способ.

Способ осуществляют следующим образом.

Предварительно по материалам изысканий целого ряда гидротехнических объектов выявляют зависимости некоторых характеристик деформационных, прочностных и фильтрационных свойств массива от различных параметров трещиноватости пород в массиве и прочности и выветрелости пород в образце. Эти зависимости представлены в табл. 1, которая является универсальной для любого типа скального массива и готова к использованию для других объектов.

Отрабатывают визуальные (качественные) критерии оценки. Для этого сначала был выполнен анализ имеющихся материалов по вещественному составу и некоторым другим свойствам пород эффузивной толщи. Далее выполняют полевое обследование скального массива (естественные и искусственныеобнажения. горные выработки, пионерные строительные выемки). В результате этого определяют критерий вещественного состава, т.е. все многообразие петрографических разностей эффузивной толщи сведено к четырем основным Типам (диабазы, базальтовые порфириты и их лавобрекчии и лавокластиты) и критерий прочности и выветрелости пород в образце, определяемый по реакции грунта при воздействии на него простейшими инструментами - геологическим молотком, киркой, ломом.

Кроме того, при полевом обследовании визуально оценивают степень трещиноватости пород по простой схеме: сильно- (очень сильно), средне- и слабо- (очень слабо) трещиноватые породы.

По совокупности визуальных критериев выполняют инженерно-геологическое микрорайонирование скального массива; выде- ляют участки массива с различным сочетанием прочности пород в куске и трещиноватости пород в массиве в предполо- жении,что в пределах границ таких участков массив квазиоднородный по его инженерно-геологическим, а следовательно, строительным свойствам.

Далее отрабатывают количественные критерии микрорайонирования, для чего проводят целенаправленный отбор образцов из каждого типичного по вещественному составу и прочности микроучастка- для лабораторного определения сжимаемости RC и выветрелости К№, а на каждом типичном по трещиноватости микроучастке закладывают эталонные площадки - для оценки степени трещиноватости. Для этого измеряют их площадь Зпл-i на каждой площадке подсчитывают количество блоков ПБ, образованных пересечением разноориен- тированных трещин, а о степени трещиноватости пород судят по длине ре- орд среднего (по величине) для данной площадки блока IB, определяемого из соотношения

Б

1/5плГ ГпГ

Имея визуальную оценку, пород, подтвержденную количественными характеристиками сжимаемости, выветрелости и трещиноватости, по макету универсальной шкалы категорий сохранности определяют для каждой группы пород значения модуля деформации Е(коэффициента сдвига tg t/ и удельное водопоглощение q.

На основании всех полученных данных составляют шкалу категорий сохранности для исследуемого массива в основании сооружений (табл. 2) и назначают мероприятия, обеспечивающие уменьшение неоднородности основания (например, рекомендуется полный съем грунтов нулевой категории и частичное укрепление грунтов первой категории).

Основными преимуществами предлагаемого способа (по сравнению с прототипом) являются следующие:

способ является практически универсальным, так как позволяет оценить качество основания в массивах любого генезиса, вещественного состава, прочности, вывет- .релости и трещиноватости. Будучи разработан для строительства гидротехнических сооружений, способ тем не менее является универсальным и для любого другого вида строительства сооружений на скальном основании (промышленного, гражданского, транспортного); снижается трудоемкость и длительность операций по оценке степени трещиноватости грунтов за счет определения для этой цели величины ТБ вместо КТП, что повышает оперативность в целом оценки качества оснований; эта замена одновременно повышает точность определения степени трещиноватости, так как при использовании исключаются многократные

и весьма неточно осуществляемые замеры ширины трещин, что имеет место при определении КТП; способ, включающий в себя использование макета шкалы сохранности, универсального для всех скальных массиBOB, позволяет более оперативно выдавать оценочные строительные характеристики основания сооружений без тяжелых (полевых) экспериментов.

Формула изобретения

Способ оценки качества скального основания сооружений, включающий визуальную оценку грунтов основания, определение параметров трещиноватости,

прочностных, деформационных и фильтрационных параметров грунтов основания и составление по полученным данным шкалы категорий сохранности грунтов оснований, по которой оценивают качество скального

основания, отличающийся тем, что, с целью повышения оперативности, расширения области применения, предварительно устанавливают экспериментальные зависимости между прочностными, деформационными и фильтрационными параметрами грунтов в массиве и параметром трещиноватости грунтов в массиве, прочностью на сжатие и коэффициентом выветрелости грунтов в образцах для различных по вещественному составу и состоянию типов скальных массивов, в исследуемом массиве на эталонных площадках отбирают образцы грунта, определяют для них прочность на сжатие, коэффициент выветрелости и в качестве параметра трещиноватости массива определяют длину среднего для эталонной площадки грунтового блока, а прочностные, деформационные и фильтрационные параметры грунтов исследуемого массива определяют по указанным экспериментальным зависимостям и перечисленным параметрам прочности, выветрелоети и трещиноватости грунта исследуемого массива.

0)Нескальная часть массива

фОтносит;слабые,выветрелые породы. Легко разби- розовыйваются молотком, разбираются киркой

Относит.крепкие,вывет- релые породы; разбираются ломом

Лавокластиты средней фкрепости и крепкие,невыветрелые; разбиваются по трещинам

н.ел ыиПрочие эффузивные разности , крепкие ц оч н t крепкие,невыветрелые или слабо выестрелые; с трудом разбиваются по трещинам

vyКрепкие,невыветрелые,

эффузивные породы (кроме лавокластитов);с зеленыйбольшим трудом разбиваются по трещинам

фОчень крепкие,невыветр,породы (кроме не- лавоклэститое); с боль- голубойшим трудом разбиваются по трещинам; звенят при ударе

Сильнотреци- новатые и мелкоблочные

Очень сильнотрещиноватыеи мелиоблоч.

Среднетре1цино- ватые и средне- блочные

Сильнотрещиноватые и мелкоблочные

100-150

400-500

400-500

$00-800

60,8 5-15

0,8-0,9 О О

1,С 10-20

0,9-1,0 5-15

5-30 1,6-2,0

0-90 2,2-2,6

0,05-0,5

0,5-,0

0,02-0,2

0,05-0,5

Нескальные

Полускальные и скальные , сильнодеформируемые, довольно низкопрочные и водопроницаемые

Скальные, средне- деформируемые и среднепрочные, во- допроницаемые и слабоводопроницаемые

-J ГО Јь

СО

о со

Сильнотрещйно- еатые и крупноблочные

500-800

1,0 20-30

100-150 2,7-3,0

0,02

Скальные,слабодеформируемые , прочные и очень слабог водопроницаемые

Очень слэботрещи- 800-1$00 новатые и крупноблочные

1,0 30-50 и более

150 30

0,01

Скальные, весьма слабодеформируемые, весьма высокопрочные и практически Водонепроницаемые

м

Использование: инженерно-геологические изыскания при строительстве сооружений на скальных основаниях. Сущность изобретения: при определении качества скального основания производят визуальИзобретение относится к строительству и может быть использовано в тех случаях, когда требуется срочно произвести оценку качества основания сооружения и назначить инженерно-технические мероприятия для уменьшения его неоднородности (например, съем породы, разделка крупных трещин и т.д.). Известен способ косвенной оценки несущей способности основание (через величину допускаемого напряжения), при котором производят визуальную оценку прочности грунтов основания, измерение ряда параметров трещиноватое™ (частота ную оценку грунтов основания и устанавливают параметры трещиноватости, прочностные, деформационные и фильтрационные параметры грунтов массива. По полученным данным составляют шкалу категорий сохранности грунтов основания. Для этого предварительно устанавливают экспериментальные зависимости между прочностными, деформационными и фильтрационными параметрами грунтов в массиве и параметром трещиноватости в массиве, прочностью на сжатие Rc и коэффициентом выветрелости грунтов Kw в образцах для разновидностей скальных массивов. В исследуемом массиве на отобранных образцах определяют Rc, Kw и на эталонной площадке параметр трещиноватости - длину среднего грунтового блока Б. Используя экспериментальные зависимости по Rc, Kwn ГБ, определяют прочностные, деформационные и фильтрационные параметры, 2 табл. трещин на 1 п.м., ширина трещин, площадь блоков и отдельностей, ограниченных трещинами), определение допускаемого напряжения натурным путем и составление с учетом всего этого шкалы коэффициентов сохранности. Наиболее существенными недостатками этого способа являются следующие: способ не универсален,- поскольку диагностические инженерно-геологические признаки (критерии), особенно количественные, позволяющие отнести грунт к тому или иному коэффициенту сохранности, являются характерными только для нижнепер(Л «I Ч ю 4 00 о 00