Способ оценки качества скального основания сооружений

/00 я)5 Е 0 РЕ ЕНИ К АВТОРСКО СВИДЕТЕЛЬСТВ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР АНИЕ ИЗО(56) Лыкошин А.Г, Карст и гидротехническое строительство. - М,: Изд-во лит-ры по строительству, 1968, с. 162 - 168.Андрианов А.В. и др. Метод разделения пород скального основания на группы сохранности по комплексу свойств. Тр, Гидро- и ров кта. В ы и, 33, М., 1974, с. 144 - 151.(54) СПОСОБ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА СКАЛЬНОГО ОСНОВАНИЯ СООРУЖЕНИЙ (57) 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 гроизвести 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 оснс ванин (через величину допускаемого напряжения), при котором производят визуальную оценку прочности грунтов основания, измерение ряда параметров трещиноватости (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 Я, и коэффициентом выветрелости грунтов К в образцах для разновидностей скальных Б массивов. В исследуемом массиве на отобранных образцах определяют йс, К и на эталонной площадке параметр трещиноватости - длину среднего грунтового блока Б. Используя экспериментальные зависимости по Вс, КиБ, определяют прочностные, деформационные и фильтрационные параметры. 2 табл. трещин на 1 п.м., ширина трещин, площадь с блоков и отдельностей, ограниченных тре- ф щинами), определение допускаемого напря- - ф жения натурным путем и составление с учетом всего этого шкалы коэффициентов сох ран ности.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 1724808мских известняков в основании бетонных сооружений Павловской ГЭС, Например, частота трещин на 1 п.мили модуль трещиноватости М 1, 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 ( и зм); способ не дает непосредственного выхода 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 основания, измерении параметров трещиноватости (коэффициента трещинной пустотности КТП, расстояния между трещинами, 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 принята 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 и з 11 аЦель 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 параметров грунтов основания и составление по полученным данным шкалы сохранности грунтов основания, по которой оценивают качество скального основания, согласно изобретению, предварительно устанавли 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 вают 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 трещиноватостью 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 вещественномусоставу и состоянию типов скальных массивов.Путем полевого обследования производят визуальную оценку свойств исследуемого массива, на основе чего осуществляютего инженерно-геологическое микрорайо. нирование.На типичных микроучастках производятотбор образцов, закладывают эталонныеплощадки и определяют длину ребра среднего по величине для данной площадки блока 1 БВ лабораторных условиях на отобранных образцах определяют прочность насжатие Вс и коэффициент выветрелости Кв.По указанным зависимостям определяЮт С ИСПОЛЬЗОВаНИЕМ ПОЛуЧЕННЫХБ, Вс И Капрочностные, деформационные и фильтрационные характеристики грунтов исследуемого скального основания сооружения.На основании всех полученных данныхсоставляют шкалу категорий сохранностигрунтов основания, по которой оцениваюткачество последнего и назначают соответствующие инженерно-технические мероприятия, если в таковых есть необходимость.П р и м е р, Способ апробирован настроительстве одного из крупнейших гидроузлов,В состав основных сооружений гидроузла входят бетонная плотина, эксплуатационный водосброс, строительный канал икомплекс подземных сооружений (зданиеГЭС, туннели и т.д.).В основании сооружений залегает толща разнообразных по составу и состояниюмагматических (эффузивных) пород пермского возраста, Породы, в основном, крепкие. Массив многочисленными иразнообразными по масштабу и ориентировке тектоническими нарушениями (разрывами и трещинами) рассечен на блоки, врезультате чего приобретает блочный характер(породы от массивных и весьма крупноблочных до мел коблочных).Приповерхностная часть массива ослаблена за счет совместного воздействия на массив разгрузки и тропическоговыветривания.На стадии строительства в числе приоритетных задач исполнительной инженерно-геологической документации,выполняемой в строительных выемках непосредственно перед возведением элемента сооружения, появляется необходимостьв срочной оценке вскрытых грунтов как основания сооружения и рекомендациях инженерных мероприятий по уменьшению 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 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 искусственные обнажения, горные выработки, пионерные строительные выемки), В результате этого определяют критерий вещественного состава, т.е. все многообразие петрографических разностей эффузивной толщи сведено к четырем основным джипам (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; выделяют участки массива с различным сочетанием прочности пород в куске и трещиноватости пород в массиве в предположении,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 йс и выветрелости К, а на каждом типичном по трещиноватости микроучастке закладывают эталонные площадки - для оценки сте1724808 50 55 пени трещиноватости. Для этого измеря; ют их площадь Япл., на каждой площадке подсчитывают количество блоков пь, образованных пересечением разноориентированных трещин, а о степени трещиноватости пород судят по длине реора среднего (по величине) для данной площадки блока 1 ь, определяемого из соотношения 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 сц ф и удельное водопоглощение о.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, выветрелости 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 величиныв вместо КТП, что повышает оперативность в целом оценки качества оснований; эта замена одновременно повышает точность определения степени трещиноватости, так как при использовании исключаются. многократные.5 и весьма неточно осуществляемые замерыширины трещин, что имеет место при определении КТП; способ, включающий в себя использование макета шкалы сохранности, универсального для всех скальных масси вов, позволяет более оперативно выдаватьоценочные строительные характеристики основания сооружений без тяжелых (полевых) экспериментов. 15 Формула изобретенияСпособ оценки качества скального основания сооружений, включающий визуальную оценку грунтов основания, определение параметров трещиноватости, 20 прочностных, деформационных и фильтрационных параметров грунтов основания и составление по полученным данным шкалы категорий сохранности грунтов оснований, по которой оценивают качество скального 25 основания,отл ича ю щи йс я тем,что,сцелью повышения оперативности, расширения области применения, предварительно устанавливают экспериментальные зависимости между прочностными, деформацион ными и фильтрационными параметрамигрунтов в массиве и параметром трещиноватости грунтов в массиве, прочностью на сжатие и коэффициентом выветрелости грунтов в образцах для различных по веще ственному 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 ка честве параметра трещиноватости массиваопределяют длину среднего для эталонной площадки грунтового блока, а прочностные, деформационные и фильтрационные параметры грунтов исследуемого массива опре деляют по указанным экспериментальнымзависимостям и перечисленным параметрам прочности; выветрелости и трещиноватости грунта исследуемого массива.Ю Ююч 1д г ЮЮюсчсш сю нъ Ю р О , л о д юо м Ъ о к1 1 Я 0 Е с фк Э О ъ е с е э а. Сс о 3 ф ч 3 о Ф а 19 РФ3 Л31 Соох Эс лэ са эх а 3а 0е ха акк х 1еФк о0 хЛе оасот точкъ на гЯ 1 е Ф к о 0 Х 0а о а со о т х , о ч к а - г Я 1 К 6 1 9 1 2 9 0 ф е ъ г, ф ц Э л з Х К 3 э а У о о111а3оо1 1О1к1л1 1 оо1 Е1 Фа11 133 О1Оц 1,х 1 е . т ц х о л фа ксоэ Д О О 5ц е о оос таок ,0с э озоо Ф 1 11 л стоэс13 т ксан сс к е Ф 1 .0 1 Л Х 41 свс РОО зча Ф 0 а лок дсо 9 хвя 0 2 Е с с дэл О О эгц ъэе саа,ост ксоххе1 166,ссаэ л,о 2 1 0 0 а сс т С в э ое 115 ц л д эсх аоо нфао сцо Х ст лоо тца оо1с О с о о м о оккк ке10Э Фа сР Р 19 . К аэо эя ф 3 е 3 ча фок сар вое Зсе о а сло РСХ о м О 1 1 м р о оЮ1 1о юо о ю ю л 1 1 ю ь 4 Ц к сс е к 1 1 л с с э 1 Р Р3 лф чооото ае о кс соц9 ЯЭ 3д сахэтО. 09 . ааэеР ао.1 3 е ес х ц ы 6 Э а к1 о э с аР 1 С К ООС 3 чаос Э экое ЗЗЧе о ХЕ 5 Ц 3 т д ФО эоо 1 3 Ф о йз л й ц э о т а О э с к 3 С Э м а 1 с 0 х ОХ Цэз а 3 тт Дз кв 9 фЕ Х с 15 оекк ассо 3 а Вс хозв ле дд сэ хо 1О эясэае Фф те цдо- Ло хегтеоеаО. С 1 Со к3 т яхЦ 9окакацгдЮ Ю м 1 Ю о Ю о 2 ОО 1 С 3 Ю Г) Ю о 03 1 Ю о Ю Ц 3 1 С 3 Ю о Ю 3 1 о о С ео о 1Щ ХФ Оо ст Оа эход Хс э эхззл 3 т 1 1 1 Щ 1 Х Х 1 1 ч а 1 Я 1 3 1 щ 1 а 1 Щ х 1 1 3 С 1 Щ 1 Хх 1 Э 1 ф 1 о 1 Э)х хЭД ЭхЭ Ха сЦ ЭаБ х1Х Хо ха 1.с цхо сФ Ящ ас х 1 щ а Х 3 О щ щ а 1 оощ т щ щ ф ат огтф хоэс а Ц Л 1- а а Г 1" О х с о т Ф Х Щ щво слгс с эощ 2 О ф 1 х т Э Ф щ Х 1 о о с Э а 1- э с а о л н ф ос Х 1 О о.О о щ у ло тс осЭ3с оЭа О т щ а л 1т о а с с щ л с й х ц Э с о с 1 1 1 Х 1 Ха о 1 Я 1 1- 1 Щ 1 чо хо эхдщ Хахо хО 3 щд цЭг дЭа вщаХ 1 1 Э щ х т щс х щ Х Х х а10 Ээхщасхэ оа ст ц 1 ОХсщо2 а 111щ 1щ 8 бтотщОС% Отоцх11 1л ЛО 1сох дщхщххдхоо ах аХЗооэх ся х л оБОСЭтхол л а тссощ х сэхо БЭц Х 3л -эхтсэзоэОлтащС Х Я С ХС 1 о с о х о 1Д 1Ощ Эщ йа 3Г О Со х эс а ао хт х1 х щ хц ц ооэ с тЩ Щ 1фа о 1724808 1 о Э ф д Д Х с Я Э Я 10 азлз цтхт4) 2 Э -лощ э аас Бхст т тэт ладО соХа щв э с хэао СЗСОС 1л ах э аэ ЛХ ЭОЭ лща фээ хтф 4 Х 3с Ф вээ вщ а т ЭХ ххх Т 3. С оцэ ао а схх э с 3 о с г 4 С ай 3 Ф Я Х а О Б щ й ща а о отх аоы ссэ цлаа 1- т г с о хцс 1 о о х х с х л В а Э Х ат э о 3 дэд ллем сго дас о Э 1 О ЯБ э т 3 Д Это т э а л лс о ао Эхх ятоа о ЭВФ 3 Эс щ сЗ л ща о хсэ сца 1 1 р о ал щ т с Ч Э Вл хат ЭЭО хос о до 1 л сф с.ц Д О 3.1 3 ОО 3 э щ атой э о т х а-х 3 х эФ а х о а хзг с с т От йао с хоалсса л "Х 1- т ао эгфт офс э1 1 1 311 1 1 1 1 1 1 1 1 11 13 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 111 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 1 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 1 3 1 1 11 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1