Дети часто ломают игрушки, разбирая их на составные части для того, чтобы узнать, как они устроены. Так и инженеры-геологи «разбирают» отобранные образцы пород и воды на части, чтобы узнать, из чего они состоят. Отбор проб грунта производится во время бурения скважины или копания шурфа. Монолиты аккуратно извлекаются и тщательно упаковываются. В результате компрессионного испытания, или исследования на сопротивление срезу, образец ломается, но мы получаем необходимую информацию.
В лаборатории отобранные образцы подвергают высушиванию, взвешиванию, размельчению. Определяют гранулометрический состав. Устанавливают содержание органики. Давят, срезают.
Из скважин и водотоков производится отбор проб воды. Отобранную воду делят на порции для установления содержания различных компонентов. При обычном химическом анализе определяют содержание гидрокарбонатов, хлора, кальция, магния и некоторых других компонентов. Воде даётся название, и она классифицируется по агрессивным свойствам.
Что дают лабораторные определения?
Показатели агрессивных качеств воды позволяют заблаговременно подготовиться к тому, что сезонное изменение уровня подземных вод будет неблагоприятно сказываться на состоянии бетонных конструкций, находящихся в сфере её воздействия. Можно взять более прочную марку бетона для таких конструкций.
Деформационные и прочностные характеристики грунта, определяемые либо лабораторным способом, либо по таблицам (по установленным всё в той же лаборатории физико-механическим свойствам), позволяют выполнить расчёт крепких, надёжных фундаментов.
Для чего и в каких объёмах выполняют отбор проб грунта и воды?
Образцы грунта, в зависимости от целей, для которых отбирают, берут на различной глубине. Так экземпляры нарушенной структуры, отбираемые для определения коррозийной активности грунтов по отношению к свинцовой оболочке кабеля, берут на глубине заложения кабеля, указанной в техническом задании. Для производства данного опыта требуется большое количество грунта, поэтому отбирают в одном месте (с одной глубины) два-три стандартных мешочка для отбора проб.
Для определения гранулометрического состава из толщи песков в нужных местах (при смене грансостава, для опробования слоя и так далее) отбирают по одному мешочку. Если необходимо определить влажность песка, пробу небольшого объёма (1 бюкс) следует герметически упаковать.
Пробы воды отбирают в хорошо закрывающиеся ёмкости.
Каким образом идентифицируются отобранные образцы?
Каждая проба грунта и воды подписывается. В этикетке, сопровождающей пробу, должно быть указано следующее:
- шифр объекта;
- номер скважины;
- глубина опробования;
- наименование грунта;
- дата опробования;
- подпись геолога.
В полевом журнале в обязательном порядке указывается место взятия образца.
Отобранные пробы воды и грунта доставляются в лабораторию. Геолог в камеральных условиях готовит задание в лабораторию, указывая в ведомости место взятия образца, его размер и те определения, которые ему нужны.
С каждым годом уровень загрязнения почвы растет. Это происходит из-за осаждения выбросов функционирующих промышленных предприятий и накопления радионуклидов. Причиной также является присутствие в грунте патогенных микроорганизмов и закисление как результат избыточного внесения минеральных удобрений. Именно поэтому отбор проб почвы актуален сейчас как никогда. Он необходим для мониторинга уровня загрязненности.
Отобранные образцы проходят лабораторный анализ для оценки количественного и качественного состава грунта по следующим показателям:
- уровень pH (кислотно-щелочной баланс);
- хлориды;
- пестициды;
- азот аммонийный ((NH4)+);
- отношение белкового азота к органическому;
- соединения серы;
- тяжелые металлы;
- цианиды и мышьяк;
- нефть и нефтепродукты;
- фенолы;
- канцерогенные и радиоактивные вещества;
- анионактивные и катионактивные детергенты.
В зависимости от того, какой именно вид исследования будет проводится, пробы грунта отбирают с той или иной периодичностью.
Выбор территории и расположение площадок для отбора образцов
На место отбора выезжает группа людей, по результатам работы которых составляется паспорт для исследуемого участка земли. В паспорте указываются следующие данные:
- дата выезда, адрес и площадь участка;
- характер рельефа местности и названия присутствующих грунтов;
- наличие растений, уровень грунтовых вод, материнская и подстилающая порода, а также видимые показатели засоленности и заболоченности;
- результаты анализа горизонта грунта по цвету, влажности, составу и структуре, сложению, плотности, наличию включений, характеру перехода горизонта;
- данные, характеризующие источник загрязняющих веществ: сфера деятельности производства, количество выпускаемой продукции, объем выбрасываемого газа, жидких и твердых веществ, расстояние до близлежащих жилых домов, организаций и мест забора воды.
При отборе образцов грунта рядом с производственными предприятиями необходимо учитывать разные метеорологические данные. Это относится прежде всего к силе и направлению ветров, характерных для исследуемой территории. От этих показателей зависит распределение загрязняющих веществ.
Термины по отбору проб почвы
На основании данных паспорта разрабатывается план или карта, на которую наносится источник загрязнения, предположительные пробные площадки и метки для отбора точечных проб почвы. Пробные площадки намечают в сетке координат. Равномерность распределения загрязняющих веществ определяет расстояние между линиями координатной сетки. Если какие-то участки загрязнены неравномерно, промежутки между линиями тоже будет разнится.
Используется также другой способ выбора участков - концентрические окружности. При этом методе сначала определяется «эпицентр» - точка концентрации загрязнения, например, место расположения промышленного предприятия. Затем наносятся окружности с диаметром тем больше, чем дальше от центра круга.
Пробная площадка, которая закладывается для фабрики или завода, загрязняющих грунт, должна занимать участок, равный трехкратной площади санитарно-защитной зоны. Чтобы отобранные пробы давали объективное представление о качествах грунта, площадки закладывают на участках земли с однотипными растительным и почвенным слоями.
Если образцы почвы берут для контроля посевных территорий сельскохозяйственных учреждений, то площадки, каждая из которых занимает одну сотку, намечаются на каждые 0,5~20 гектара. Количество площадок зависит от того, какие культуры выращиваются на территории, а также от рельефа местности.
Для отбора проб грунта рядом с детскими садами, школами и т.д., которые делают для санитарного контроля почвы, необходимы пробные площадки площадью в 25 квадратных метров.
Правила отбора проб почвы
Пробы грунта берут из последовательных слоев на территории, выбранной на стадии разведки. Каждый образец должен показывать в целом свойства пробной площадки сообразно с данными паспорта участка, а также согласовываться с целью исследования по нижеприведенной таблице.
Существуют общие правила для отбора образцов:
- Если углубление превышает 40 см, то нужно сделать не менее двух проб.
- Если грунт заражен микроорганизмами, важно соблюдать правила асептики.
- Для химического анализа нужно взять не меньше 5 проб. Их берут шпателем, ножом или специальным пробоотборником. Отобранные образцы смешивают в один, вес которого должен составить 1 кг или больше.
- Если почва загрязнена нефтью или нефтепродуктами, в том числе бензином, дизельным топливом, мазутом и т.д., пробы нужно брать на разной глубине от 0 до 5 см и от 5 до 20 см.
- Если в составе грунта есть тяжелые металлы, образцы отбирают пластиковым пробоотборником. Использование металлического изделия может повлиять на достоверность результатов лабораторного анализа.
- Если грунт проверяется на наличие легко испаряющихся веществ, то отобранные пробы сразу же плотно закупоривают в стеклянной лабораторной посуде.
- Для проведения микробиологического анализа почвы понадобится не менее 10 проб, взятых стерильным инструментом и размещенных в стерильных емкостях. Объединенная проба составляется из трех образцов весом около 250 г, а отбор делается из двух слоев: 0~5 и 5~20 см.
- Для гельминтологического анализа необходима объединенная проба, соответствующая 10 образцам весом по 200 г, отобранным на глубине от 0 до 5 см и от 5 до 20 см. Такие пробы берут с помощью укороченного почвенного бура.
Подготовка образцов к лабораторному исследованию
Независимо от того, какому вида анализа подлежит проба, она должна быть зарегистрирована в журнале с присвоением номера. Помимо этого, к каждому образцу составляется специальный талон, содержащий следующую информацию:- дата и время отбора;
- адрес участка;
- номера пробы, участка, площадки;
- глубина слоя;
- описание метеорологических условий в момент взятия образца;
- фамилия человека, осуществившего забор.
Образцы, предназначенные для гельминтологического анализа, должны быть исследованы немедленно после доставки. Хранят их при температуре 4~5 °С в лабораторном холодильнике.
Пробы для количественных и качественных исследований бактерий перевозят в специальных сумках-холодильниках. Хранить их можно не больше суток. Если образцы подлежат проверке на кишечные палочки, то допустимое время хранения - 72 часа.
В особых случаях пробы почвы консервируют с помощью формалина или соляной кислоты. Это делают, если предполагается, что срок между отбором образцов и началом их анализа может составить до 30 дней.
Для химических исследований и определения влажности термогравиметрическим способом из объединенной пробы берут навеску весом 10~20 г и подсушивают ее в сушильном шкафу при температуре 105°С.
Доставленные в лабораторию пробы проходят подготовку к анализу. Грунт равномерно раскладывают на бумаге и измельчают, если в этом есть необходимость. Если в образцах встречаются камешки, мусор, насекомые и т.д., их удаляют. Затем пробы почвы перетирают в ступке и просеивают через сито с ячейками диаметром 1 мм.
Методическое пособие к лабораторным работам по механике грунтов для студентов специальности 270105 «Городское строительство и хозяйство» всех форм обучения
Составили В.П. Ткаченко, М.Г. Оноприенко, Н.А. Иваненко
Рецензент: профессор, заслуженный деятель науки Кубани Е.Н. Пересыпкин
Сочи – РИО СГУ 2014
Введение
Для проектирования оснований и фундаментов зданий и сооружений необходимо определить физико-механические свойства грунтов и условия их залегания. Их определяют в процессе инженерно-геологических изысканий с использованием полевых и лабораторных методов исследований. Лабораторные методы исследований позволяют определить физико-механические свойства грунтов, отобранных в виде проб и монолитов в процессе выполнения инженерно-геологических изысканий. От точности полученных значений зависят точность расчетов, надежность и технико-экономические показатели строительства и эксплуатации сооружений.
Методические указания знакомят студентов с основными методами и приемами выполнения лабораторных анализов грунтов в пределах утвержденных программ обучения. До начала выполнения лабораторных работ студент должен предварительно проработать соответствующий теоретический материал, ознакомиться с настоящим методическими указаниями, а затем выполнить работу в учебной лаборатории. В конце очередного занятия студент должен оформить лабораторный журнал и показать его преподавателю. В журнале приводятся необходимые расчетные уравнения и графические результаты опыта. По окончании занятия студент обязан привести в порядок свое рабочее место и сдать его лаборанту.
Отбор образцов грунта для лабораторных работ.
Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов грунта для выполнения лабораторных исследований выполняется в соответствии с ГОСТ 12071 – 72.
Образцы грунта отбирают ненарушенного (монолиты) или нарушенного сложения из зачищенных забоя, стен горных выработок (расчисток, шурфов, дудок, котлованов и т.п.) и буровых скважин. Их количество, вид, размеры определяются программой изысканий, и может уточняться при выполнении лабораторных работ. Количество и вид образцов должно быть достаточным для проведения лабораторных исследований и контрольных определений. Монолиты из шурфов, котлованов, как правило, отбираются призматической, а из скважин грунтоносами – цилиндрической формы. Монолит, у которого не сохраняется форма без жесткой тары, отбирают методом режущего кольца по ГОСТ 5182-78. Внутренний диаметр режущего кольца при отборе монолитов крупноблочного грунта должен быть не менее 200 мм и не менее 90 мм для остальных видов грунтов. Высота кольца должна быть не менее одного и не более двух диаметров кольца.
Отбор монолитов не мерзлых песчаных и глинистых грунтов выполняют из скважин в процессе их бурения без применения промывочной жидкости с перекрытием водонасыщенных слоев обсадочными трубами.
После отбора монолитов немедленно приступают к их изоляции от наружного воздуха обматыванием марлей, пропитанной парафином. На верхнюю грань монолита ложится завернутая в кальку и пропитанная парафином этикетка. Монолит к марле опускают в расплавленный парафин, вынимают из него, а затем покрывают вторым слоем марли и еще раз парафинируют. На запарафинированный монолит ложится вторая этикетка, которая покрывается тонким слоем парафина, обеспечивающим чтение надписи на этикетке. В применяемый для изоляции монолитов парафин с целью увеличения его пластичности добавляют 35 – 50 % (по массе) гудрона.
На этикетке монолита указывается организация, выполняющая изыскания, наименование объекта, его местонахождение, название и номер выработки, номер монолита, глубина отбора, наименование грунта по визуальному определению, должность и фамилия лица, проводившего отбор монолита, его подпись и дата отбора. Этикетки заполняются простым графитовым карандашом.
Образцы грунта, предназначенные для транспортировки, упаковываются в ящики с заполнением свободного пространства опилками, стружкой, другими материалами с аналогичными свойствами. Под верхнюю крышку ящика ложится завернутая в кальку ведомость образцов со сведениями, указанными на этикетках. Ящики нумеруются, снабжают надписями "Верх", "Не кантовать", "Не бросать", адресами получателя и отправителя.
При транспортировке монолиты грунта не должны подвергаться резким динамическим и температурным воздействиям. До начала анализа их хранят в помещениях с относительной влажностью 50 – 60% при температуре 2 – 20 0 С. Монолиты мерзлого грунта хранят в камерах с относительной влажностью 80 – 90% при отрицательной температуре. Срок хранения монолитов 1,5 – 3 месяца в зависимости от состояния и вида грунта.
Монолиты грунта с повреждением гидроизоляционного слоя, дефектами упаковки и хранения принимать к лабораторным испытаниям запрещается. Их используют как образцы грунта с нарушенным строением.
Физическое состояние грунта устанавливается следующими определяющими характеристиками: естественная плотность, плотность частиц, влажность, гранулометрический состав. Прочность грунтов оценивается по определенным характеристикам сопротивления грунта сжатию и сдвига. Фильтрационные свойства грунтов характеризуются определенными значениями их проницаемости.
К вычисляемым характеристикам грунта относятся:
· Коэффициент пористости;
· Пористость;
· Степень влажности;
· Показатель текучести;
· Число пластичности;
· Коэффициент неоднородности песчаного грунта.
В соответствии с определяемыми и вычисляемыми характеристиками грунтов по СНиП 2.02.01 – 82 выполняется их классификация по типу, виду и состоянию. Характеристики грунта используют в расчетах для определения несущей способности, прочности и осадок оснований сооружений, устойчивости откосов, давления на ограждающие конструкции и т.д.
ГОСТ 12071-2014 "Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов"
4.1 Общие положения
- Отбор образцов грунта и объем проб нарушенного или природного сложения (монолитов) осуществляют для описания грунтов и определения их свойств в лабораторных условиях согласно ГОСТ 5180, ГОСТ 12248, ГОСТ 12536, ГОСТ 22733, ГОСТ 23161, ГОСТ 23740, ГОСТ 24143, ГОСТ 26263, ГОСТ 30416.
- Образцы грунта отбирают из зачищенных забоя и стенок горных выработок (шурфов, котлованов, буровых скважин и т.п.), естественных и искусственных обнажений и дна акваторий .
- Для определения полного комплекса физико-механических свойств грунтов проба должна состоять из одного или нескольких монолитов в зависимости от состава намечаемых лабораторных работ .
- Монолиты сразу после отбора должны быть ориентированы (отмечают верх монолита).
- Для отбора монолитов из открытых горных выработок используют лопату, нож, режущие кольца и грунтоносы разного типа.
- Для изоляции монолитов талых грунтов применяют парафин нефтяной марки НВ 56-58 по ГОСТ 23683 с добавкой 35% - 50% (по массе) гудрона, марлю, изоляционную ленту, а также церезин по ГОСТ 2488.
Размеры монолитов для определения плотности и влажности грунта см. на странице сайта "Методы определения характеристик грунта "
Количество монолитов грунта для лабораторных испытаний
ОСН АПК 2.10.01.001-04 "Проектирование мелкозаглубленных фундаментов
малоэтажных сельских зданий на пучинистых грунтах"
Глава 4. п.:
- При проведении инженерно-геологических изысканий на площадке планируемого строительства отбор проб грунта для лабораторных испытаний должен производиться через каждые 25 см по глубине выработок в слое сезонного промерзания.
Нормативная глубина промерзания d fh определяется по указаниям СНиП 2.02.01-83*.
При выявлении подземных вод на обследуемом участке глубину выработок следует увеличить в соответствии с данными табл. 2, характеризующими минимальное расстояние Z между нормативная глубина промерзания d fh и глубиной залегания подземных вод d w .
Таблица 2
Отбор проб грунта из шурфов для лабораторных испытаний
Указания по полевой документации инженерно-геологических
и поисково-разведочных работ при изысканиях автомобильных дорог
При отборе проб грунта следует учитывать требования ГОСТ 12071-60 .
Отбор проб грунта из шурфов производят послойно. В случае мощности слоя более 1-го метра, он может быть охарактеризован несколькими образцами.
Пробы с нарушенной структурой отбирают в интервале по глубине 10 см.
Например, образец взят с глубины 1,10-1,20 м.
Вас образца должен быть около 500 грамм, в случае мелкоземистых грунтов, а при необходимости отбора проб на стандартное уплотнение (например для грунтов выемок) - 3-3,5 кг.
Отбор образцов крупнообломочных грунтов осуществляется бороздовым методом. Отобранные образцы подвергают грохочению для разделения на фракции. Куски размером более 100 мм следует отбирать вручную. Из мелких фракций грунтов, прошедших через сито, 20 мм отбирают квартованием среднюю пробу весом 3 кг для испытания в лаборатории.
Отбор проб грунтов с ненарушенной структурой (монолитов) производят двумя способами:
- При помощи режущих колец. Этот способ применяют в тех случаях, когда не нужно определять компрессионные свойства грунта, а требуется определить только коэффициент пористости грунта. Режущие кольца сделаны из металла и имеют стенки толщиной не более 2 мм.
С одного конца кольцо заострено за счет внешнего диаметра, на другой надевается крышка с небольшим отверстием для выхода воздуха.
Внутренний диаметр режущих колец должен быть не менее 10 мм. Высота кольца должна быть не более диаметра.
Кольца меньшего диаметра применяются при взятии монолитов глинистых и суглинистых грунтов, большего - супесчаных и песчаных грунтов.
Перед взятием монолита стенку шурфа выравнивают и зачищают; кольцо на заданной глубине прислоняют вплотную острым концом к стенке шурфа и вдавливают в грунт до тех пор, пока крышка немного погрузится в грунт.
После этого кольцо с грунтом осторожно извлекают при помощи почвенного ножа, крышку снимают, срезают лишний грунт заподлицо с краями кольца, и взвешивают кольцо с грунтом, предварительно обтерев его снаружи от приставшего грунта, на технических или аптекарских весах с точностью до 0,1 грамма. Вычтя из веса кольца с грунтом вес кольца, определяют вес грунта; разделив вес грунта на объем кольца, получают объемный вес грунта.
Взвешивание производят троекратно.
Одновременно с этой же глубины отбирают пробу грунта для определения естественной влажности и пробу грунта нарушенной структуры весом 0,5 кг для определения удельного веса грунта, гранулометрического состава, пластичности. - В тех случаях, когда необходимо определить компрессионные свойства грунта, угол внутреннего трения, сцепление, временное сопротивление раздавливанию и др. в образце с ненарушенной структурой монолит отбирают в виде куба или параллелепипеда с размерами сторон для скальных грунтов не менее - 100×100×100 мм, для крупнообломочных сцементированных мерзлотой, дресвяных и гравийных 200×200×200 мм щебенистых и галечниковых - 300×300×300 мм, песчаных сцементированных мерзлотой и глинистых 200×200×200 мм.
При возникающих затруднениях допускается производить отбор образцов произвольной формы с сохранением указанных размеров сторон как минимальных.
Стенку шурфа выравнивают, зачищают и на заданной глубине почвенным ножом намечают квадрат несколько больше требуемого размера. По мере углубления в стенку шурфа образцу постепенно придают правильную форму и необходимый размер.
Во избежание высыхания взятый монолит здесь же у шурфа, парафинируют и тщательно упаковывают по правилам, изложенным в ГОСТе 12071-66.
Описание шурфов
Описание и зарисовку шурфа производят по мере его проходки.Шурф крепят после того, как произведено описание пород, сделана их зарисовка и отобраны пробы грунта для лабораторных испытаний. Величина описываемого интервала глубин не должна превышать 2-х м.
Перед описанием стенки шурфы должны быть очищены от налипшей породы и отпрепарированы ножом так, чтобы отчетливо выделялись контакты слоев и структура грунта. Среднюю мощность слоя и глубину его залегания определяют как среднее арифметическое из замеров, произведенных в 3-х и 4-х характерных точках перегиба. Определение плотности связных грунтов производят по таблице № 4. При описании шурфов кроме описания пород отмечают ходы землероев, червей, трещиноватость.
Зарисовку шурфа производят, как правило, по одной стенке. Четыре стенки зарисовывают в том случае, если породы залегают наклонно или линзообразно, при этом делают замеры до подошвы пласта по углам шурфа, а если нужно, то и посредине стенки. При зарисовке по четырем стенкам, стенки шурфа должны быть ориентированы по странам света. Зарисовку делают в принятых условных обозначениях (см. рис. 3) в масштабе 1:20, 1:50, 1:100.
В рамках которых мы занимаемся отбором проб грунтов. В качестве грунта в сфере строительства понимают изучение верхнего слоя литосферы, состоящего из скальных, полускальных и рыхлых горных пород.
С какой целью геологи занимаются отбором проб:
— Для классификации и определения состава в разрезе, содержащего пласты и осадочные слои.
Для расчета оптимального размера откосов, связанных с земляными работами.
Для описания характеристик (возможности их применения в строительстве в качестве материалов).
Определения несущей способности посредством геологических изысканий грунта , расположенного в основании фундамента.
При отборе проб пользуются различными методами, определяемыми в соответствии с исследуемыми грунтами. Для отбора используются грунты, имеющие либо нарушенную либо ненарушенную структуру.
Работая с рыхлыми породами, к примеру, песчаными, можно использовать для исследований образцы, имеющие нарушенную структуру. Для работы с связными породами используют только монолитную структуру.
Если геологи хотят сохранить монолитную структуру, следует обеспечить профессиональное бурение инженерных скважин . Можно воспользоваться любыми способами, предназначенными для получения образца, сохранившего ненарушенную структуру. Для обеспечения качественного образца необходимо пробурить скважину с оптимальным диаметром в диапазоне от 108-ми до 168-ми миллиметров. В полевых испытаниях грунтов пользуются грунтоносом, то есть устройством, предназначенным для получения образца высокого качества. У пробы грунта, добытой из скважины, должна быть соблюдена форма куба или цилиндра.
Существует несколько распространенных способов по отбору проб грунтов.
Использование точечного метода более эффективно при отборе небольших грунтовых образцов.
Применение бороздового метода связано с вспахиванием борозд на всю протяженность пласта. Забор проб осуществляется в различных местах борозды.
Использование валового метода дает возможность для использования в ходе исследований всего выработанного грунта.
Отбор грунтов выполняется с соблюдением основных правил и в определенной последовательности.
Необходимо позаботиться об исключении попадания случайных элементов и обеспечении соответствия между слоем почвы и местом получения проб.
Забор проб сопровождается ведением журнала, в который заносится информация об участке работ и времени, когда производится отбор проб, с составлением соответствующего акта.
Образцы отбираются в объеме, необходимом для проведения всех исследований, запланированных для обеспечения качественных инженерных изысканий. Для того, чтобы обеспечить лабораторию максимально достоверными сведениями, необходимо позаботиться о консервации образцов. Речь идет только о ненарушенных грунтах. Главная цель консервации заключается в сохранении первичной структуры с естественной влажностью образца. При транспортировке необходимо обеспечить защиту образцов от негативных воздействий среды.