На площадке обычно закладывают опорные, основные и вспомогательные скважины.

Опорные скважины глубиной не менее 10 - 15 м закладывают на участках с ненарушенным, в радиусе 10 - 15 м, мохо-растительным покровом на расстоянии более 30 м от существующих сооружений.

Основные скважины, заглубляемые на 3 - 4 и 4 - 6 м соответственно более глубины заложения фундаментов или ниже подошвы земляного полотна, размещают в створах главных осей сооружения или отдельно стоящих фундаментов, по центру проектируемого сооружения, на контакте с наружной поверхностью фундамента и далее через 2 - 4 м от сооружения.

Вспомогательные скважины, заглубляемые на 2 - 3 м ниже глубины максимального сезонного протаивания-промерзания грунта, размещают с учетом специфики особенностей конструкции и эксплуатационного режима сооружения, микрорельефа площадки, сезона и технологии строительства, разнородности мерзлотно-грунтовых условий.

Диаметр обсадных труб термометрических скважин целесообразно принимать в пределах 70 - 110 и 120 - 170 мм при глубине скважин соответственно до и более 15 м.

Скважины следует бурить насухо с обсадкой трубами с целью минимального нарушения естественного теплового режима грунтового массива.

Данные о способах проходки и обсадки, количестве, размещении в плане, глубины и времени бурения скважин заносят в специальный журнал, с указанием привязок скважин к пикетажу трассы или магистрального хода, к осям сооружения или к его фиксированным элементам.

Подготовка термометрических скважин

В скважину опускают колонну металлических или пластмассовых труб диаметром не менее 38 мм с гидроизолированными стыками и днищем. Оголовок трубы размещают выше поверхности земли, на уровне земли или заглубленным. В первом варианте размещения оголовок покрывают утепленным кожухом, во втором и третьем - обеспечивают герметизацию устью скважины резиновой оболочкой, крышкой на резьбе с резиновой прокладкой и т.п.

При размещении термометрических скважин в пределах строительной площадки верх колонн труб размещают ниже поверхности грунта на 0,1 - 0,4 м и закрывают металлическим колпаком или обносят специальным ограждением во избежание повреждений труб строительными механизмами и машинами. После окончания работ по планировке строительной площадки верх колонны труб корректируется и, при необходимости (например, на подтопляемых участках), выводится до поверхности планировки.

При измерении температуры грунта электротермометрами может быть предусмотрено три способа размещения связок (плетей) электротермометров по глубине: внутри или снаружи термометрической колонны труб; в необсаженной трубами скважине, засыпаемой грунтом после установки плети электротермометров.

В случае размещения плетей снаружи термометрической колонны труб или в скважине без обсадки, плеть электротермометров предварительно укладывают в желоб, изготовленный в деревянной рейке и залитый битумом или битумной мастикой. На участках с пучинистым грунтом верхнюю часть плети в пределах деятельного слоя вместе с рейкой покрывают битумной мастикой, двойным слоем полиэтиленовой пленки или применяют другие виды противопучинной защиты. Пространство между стенками скважин, термометрических труб и поверхностью реек с плетями заполняют послойно, с уплотнением местным измельченным грунтом, а в пределах деятельного слоя - глинистым грунтом. Работу по засыпке скважины необходимо выполнять с осторожностью во избежание повреждения плетей.

В паспорт каждой скважины заносят высотные отметки поверхности грунта, время установки плети электротермометров, отметку верха колонны труб, уровни датчиков, а также все последующие изменения на поверхности грунта у скважины в процессе строительства.

Перед проведением наблюдений необходимо убедиться в том, что естественный тепловой режим грунтов, нарушенный в процессе бурения скважины, восстановился. Для этого в скважины опускают на различные глубины 3 - 4 термометра или плеть электротермометров и скважину закрывают. Первый замер температуры можно выполнять через 2 - 3 часа. После этого проводят еще не менее 2 - 3 замеров с интервалом между замерами не менее суток и результаты замеров сопоставляют. Естественное тепловое состояние массива грунта можно считать установившимся при условии, что различие в величинах температуры, замеренной на одних и тех же глубинах, не превышают ± 0,05 °С.

В пределах глубины, равной двойной мощности деятельного слоя, но не менее 3 м, необходимо разместить 2 - 3 пробки из поролона или губчатой резины, прикрепленные через 1 м к шнуру с электротермометрами, а на конце шнура повесить груз. Такое приспособление устраняет конвекцию воздуха в трубах в течение осенне-зимнего сезона.

Изготовление инерционных термометров

В качестве инерционных термометров используют ртутные психрометрические или почвенные термометры. Обе разновидности термометров имеют шкалу с ценой делений, равной 0,2°, 0,1° и, следовательно, допускают точность отсчета 0,1°, 0,05°.

Каждый термометр помещают в трубку (оправу), форма и размеры которой зависят от глубины, на которой требуется измерять температуру, теплоизоляционных свойств материала, которым заполняют оправу и от диаметра резервуара термометра.

Для создания тепловой инерции термометров их оправу можно заполнять смесью измельченной пробки или медных опилок с голландской сажей; порошком измельченной лиственничной или сосновой коры; битым стеклом и другими материалами с малой теплопроводностью.

При заполнении оправы перечисленными выше материалами и скорости извлечения термометров из скважины, равной 0,5 м/с, внутренний диаметр оправы около резервуара термометра назначают равным 12, 20, 30 - 45 мм для измерения температуры на глубинах, соответственно, 0,5 - 2,0 (рис. 1, а), 2 - 10 (рис. 1, б), более 10 м (рис. 1, в).

Для оправ термометров можно применять эбонитовые, пластмассовые, из прессованного картона, а также металлические трубки.

В качестве оправы можно использовать заводской картонный футляр от термометра. Для придания стенкам футляра водоустойчивости его опускают в сосуд с бакелитовым или карболитовым лаком и выдерживают в нем некоторое время, чтобы лак мог пропитать стенки футляра. Картонные оправы обладают очень малой теплопроводностью, поэтому инерционность термометров в картонной оправе диаметром 25 мм достигает 40 - 45 с.

Для того чтобы термометр по всей длине не, соприкасался со стенками оправы, его необходимо обернуть слоями бумаги так, чтобы он плотно входил в оправу. После этого в бумаге делают вырез, равный длине смотровой щели в оправе, открывающей шкалу в пределах от минус 30 до 20° и от минус 20 до 10° при измерении температуры на глубинах, соответственно, до и более 5 м.

Вместо бумаги на термометр можно наложить несколько колец из полотна, губчатой резины или изоляционной ленты (см. рис. 1). В этом случае пространство между термометром и оправой заполняют ватой или поролоном.

После постановки термометра в оправу пространство вокруг шарика термометра заполняют теплоизоляционным материалом с уплотнением, обеспечивающим образование пустот, и низ оправы закрывают картонным кружком или пробкой. При металлической оправе низ картонного кружка (пробки) накладывают и припаивают к оправе медный или жестяной кружок.

Для предотвращения проникновения влаги к шарику термометра зазор между оправой и термометром по периметру смотровой щели плотно заполняют железным суриком или менделеевской замазкой.

Рис. 1. Схема устройства инерционных ртутных термометров для измерения температуры в скважинах на глубинах:

а - от 0,5 до 2 м; б - от 2 до 10 м; в - более 10 м; 1 - цилиндр, изготовленный из целлулоида, картона или плотной бумаги; 2 - кольца резиновые или из изоляционной ленты; 3 - оправа; 4 - теплоизолирующий материал; 5 - пробка (размеры в см)

Для измерения температуры грунтов на глубинах до 2 м используют психрометрический термометр Ассмана (большая модель), диаметр защитной трубки которого равен 8 мм, а длина 275 мм (см. рис. 1, а). На него надевают два кольца из поролона, губчатой резины или изоляционной ленты так, чтобы наружный диаметр кольца равнялся 12 мм. Нижнее кольцо размещают на расстоянии 20 мм от дна резервуара со ртутью, другое кольцо - у начала шкалы термометра, на расстоянии 50 мм от дна резервуара. На установленные кольца надевают целлулоидную, картонную или многослойную бумажную оправу длиной 65 мм.

Пространство между оправой и нижним концом термометра заполняют теплоизоляционным материалом и низ оправы закрывают целлулоидной или картонной крышкой. Для предохранения теплоизоляционного материала от увлажнения оправу термометра опускают в раствор целлулоида в ацетоне несколько раз или покрывают лаком, смолой, нитрокраской и т.п.

После заленивливания термометра следует установить его инерционные свойства. Для этого термометр в течение 2 часов выдерживают при одной температуре, после чего помещают в среду с другой температурой и одновременно включают секундомер. Наблюдая через лупу за верхом столбика ртути, определяют число секунд, по истечении которых начинается его изменение.

Такие измерения необходимо выполнять при различных температурных перепадах, равных ожидаемым. Результаты измерений вносят в паспорт термометра. На оправу термометра наносят его заводской и инвентарный номера.

Поверка ртутных инерционных термометров

Периодически, не реже одного раза в 2 - 3 года, ртутные термометры необходимо направлять в метрологическую лабораторию для контрольной поверки.

Вместе с тем наблюдатель должен поверять нулевое показание термометра и его инерционность не реже одного раза в год. Для такой поверки сосуд, имеющий отверстие в дне, заполняют снегом или полученным из дистиллированной воды толченым льдом. Нижние концы поверяемого и контрольного термометров погружают в снег (толченый лед). Совпадение показания поверяемого термометра при температуре тающего снега с величиной, приведенной в его паспорте и показанием контрольного термометра, означает, что нулевое показание поверяемого термометра не изменилось. В случае расхождений показаний в паспорт термометра необходимо внести соответствующую поправку.

Инерционность показаний термометра проверяют выше изложенным способом. Понижение инерционности термометра по сравнению с величиной, установленной ранее, может возникнуть вследствие увлажнения его теплоизоляции массы. Термометр с пониженной инерционностью можно использовать только после замены его теплоизоляции. Результаты поверки инерционности термометра заносят в его паспорт.

Измерение температуры грунтов ртутными термометрами

Для спуска термометров в скважину можно применять прочные на растяжение шнуры нейлоновые, плетенные из конских волос и т.п. При спуске термометров в скважины глубиной более 25 м необходимо применять тонкий стальной трос.

Термометры в количестве не более 5 шт. прикрепляют к шнуру связками:

1-я связка включает термометры для наблюдений на глубинах 0,4; 0,8; 1,6 м;

2-я - на глубинах 3,2; 4 и 5 м;

3-я - на глубинах от 6 до 10 м;

4-я - на глубинах от 10 до 25 м.

Термометры в каждой связке следует подвязывать, начиная с нижнего (рис. 2).

Опускать в одну и ту же скважину одновременно более 3 - 4 связок не следует. Время выдержки термометров в скважине зависит от степени заленивливания, но должно быть не менее 2 - 3 часов. Вынимают связки, начиная с верхней.

Рис. 2. Схема последовательности операций подвязки термометров к шнуру

При проведении длительных наблюдений целесообразно иметь отдельные связки термометров, постоянно находящиеся в скважине, извлекаемые только для отсчетов.

Отсчеты следует выполнять в такой последовательности: вначале отсчитывают десятые доли, затем единицы и десятки градусов. Форма записи отсчетов приведена в табл. 1.

Отсчет на шкале термометра следует снимать в момент, когда верх ртутного столбика находится на уровне глаз, а деления шкалы, совпадающие с ним представляются прямыми линиями. При ином положении термометра линии шкалы окажутся изогнутыми (рис. 3).

Таблица 1

Число, месяц, год и место

Часы наблюдений

Номера скважин и термометров

Глубина установки термометра, м

Отсчет по термометру

Поправка

Исправленный отсчет

1

2

3

4

5

6

7

 

 

 

 

 

 

 

Примечание Необходимо ставить знак «+» или «-» перед отсчетами и, кроме того, отмечать зимой высоту и плотность снежного покрова, летом приводить характеристику растительного покрова.

Во избежание примерзания термометра к стенкам скважины, если скважина увлажненная, термометры следует смазать вазелином и обернуть бумагой, нижний термометр разместить на 10 - 20 см выше забоя скважины. Если термометр примерзнет ко дну или стенкам скважины, в скважину насыпают, а при необходимости, через 1 - 2 суток досыпают поваренную соль.

Рис. 3. Схема видимых изображений шкалы термометра:

а - при размещении термометра выше уровня глаз; б - на уровне глаз; в - ниже уровня глаз

Измерения температуры электрическими термометрами

В состав термометрического комплекта входят: электротермометры с соединительными проводами, переключатели и разъемы, мост сопротивления постоянного тока с внутренним или наружным гальванометром, источники постоянного тока напряжением 1,5 и 3 В (батарея сухих элементов типа «Марс» или аккумулятор), эталонный термометр (для учета температурной погрешности мостов). Эксплуатационные характеристики всего комплекта должны обеспечивать погрешность измерений не более ± 0,1 °С.

В качестве датчика температуры для долговременных измерений целесообразно применять бескаркасный медный электротермометр сопротивления с высокими показателями надежности, стабильности и долговечности, имеющий номинальное сопротивление Rо = 234 ± 5 Ом. Такими характеристиками обладают, например, электротермометры конструкции СибЦНИИС.