---

Зміна №1 ДСТУ Б В.2.1-24:2009

Основи та підвалини будинків і споруд.

Ґрунти.

Методи польових випробувань проникності

Чинна з 1 квітня 2012 року

Т Е К С Т

Зміст, сторінка ІІІ. Додати до переліку розділів: «Додаток Ж Польові методи визначення водопроникності».

Додати до стандарту «ВСТУП» такого змісту:

ВСТУП

Для створення сучасної нормативної бази у будівельній галузі з урахуванням реальної потреби максимальної уніфікації національних нормативних документів до європейських стандартів в Україні прийнято національні стандарти, які ідентичні з Єврокодом 7: ДСТУ–Н Б EN 1997-1:2010 «Єврокод 7. Геотехнічне проектування. Частина 1. Загальні правила (EN 1997-1:2004, IDT) та ДСТУ Н Б EN 1997-2:2010 «Єврокод 7. Геотехнічне проектування. Частина 2. Дослідження і випробування ґрунту (EN 1997-2:2007, IDT), в яких надано посилання на методи лабораторних та польових випробувань ґрунтів, що виконуються в різних країнах світу.

У зв’язку з відсутністю в бібліографії Єврокоду 7 аналогічного до ДСТУ Б В.2.1-24:2009, метою зміни № 1 є викладення стандартних вимог до польових випробувань проникності адекватно до найбільш розповсюджених закордонних методик.

Остаточна адаптація ДСТУ Б В.2.1-24:2009 буде виконуватись після виходу відповідного європейського стандарту.

Для адаптації національних стандартів на методи випробування ґрунтів у будівництві до європейських стандартів у додатку Ж цього стандарту як довідковий матеріал викладено тотожний переклад розділу американського підручника Environmental Geotechnics (ISBN: 0727727524 / 0-7277-2752-4, Thomas Telford Ltd., Newark, CA, U.S.A.): Field permeability tests («Екологічна геотехніка»: Польові методи визначення водопроникності), де описано методику визначення водопроникності ґрунтів.

Додати до стандарту додаток Ж такого змісту:

«ДОДАТОК Ж

(довідковий)

ПОЛЬОВІ МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ ВОДОПРОНИКНОСТІ

Ж.1 Суть методу

Ця методика призначена для застосування при проектуванні, земляних роботах та будівництві фундаментів. Методика визначення водопроникності ґрунтів є необхідною для оцінки та класифікації ґрунтів у цивільному будівництві.

Ж.2 Польові методи визначення проникності

Загальний коефіцієнт водопроникності ґрунтів може визначатися у польових умовах шляхом дослідного вимірювання, тобто відкачування води із ґрунту або її нагнітання. Випробування проводять з використанням свердловин, які пробурені на необхідну глибину (на якій виміряється типова водопроникність ґрунту) тобто із застосуванням циліндричних або «точкових» засобів, ізольованих всередині ґрунту, щоб виміряти водопроникність окремого шару.

Ж.2.1 Гідродинамічні випробування

Цей метод дослідної відкачки проводиться в свердловинах, що обладнані перфорованою обсадкою, встановленою в водоносному шарі (тобто у шарі з достатньо високою водопроникністю). Під час проведення випробування, вода відкачується або нагнітається з постійною розрахованою швидкістю від забою свердловини за допомогою поверхневих насосів (при глибині приблизно менше ніж 5 м) або заглибних насосів. Відкачка зменшує рівень ґрунтових вод навколо свердловини, утворюючи депресійну воронку. Утворена депресійна воронка має бути симетричною відносно свердловини після досягнення стану рівноваги. В ґрунтах із відносно низькою водопроникністю стан рівноваги може бути досягнутий через декілька днів. Визначення коефіцієнта водопроникності потребує інформації про розмір депресійної воронки, тому спостережні свердловини розміщають на декількох радіальних відстанях. На один водоносний шар розташовують чотири спостережні свердловини двома рядами перпендикулярно одна до одної, і спостереження за рівнями води проводять доти, поки не буде досягнуто стану рівноваги або зниження рівня ґрунтових вод стане незначним. Після досягнення стану рівноваги виконують заміри (об’єму води, що викачана, та рівнів у спостережних свердловинах).

Розглядаються два основних стани: необмежений водоносний шар, що залягає під шаром з відносно низькою водопроникністю, та обмежений водоносний шар, що залягає між двома шарами з відносно низькою водопроникністю (рисунок Ж.1). Шар ґрунту вважається фактично водонепроникним, якщо його водопроникність значно нижча (на порядок або більше) ніж водопроникність безпосередньо прилеглих шарів.

Рисунок Ж.1 – Необмежений та обмежений водоносні шари

Необмежений водоносний шар потребує наступних умов:

• поверхня ґрунтових вод (фреатична поверхня) показує зміну гідравлічного градієнта залежно від відстані до свердловини;

• фреатична поверхня перетинає свердловину на тому ж рівні, що й рівень води у свердловині;

• діаметр свердловини незначний (порівнюючи із зоною впливу свердловини).

При радіусі r від центра свердловини ступінь збільшення h в залежності від відстані (тобто градієнт фреатичної поверхні) приймається за гідравлічний градієнт і. Відповідно і обчислюється за формулою:

, (Ж.1)

де dh – ступінь збільшення величини втрати напору h;

dr – одиниця відстані.

Припускають, що вода в ґрунті тече радіально зі швидкістю v, що задається формулою Дарсі:

, (Ж.2)

де k – коефіцієнт фільтрації;

i – гідравлічний градієнт.

Площа охоплення зазначеного потоку в поперечнику (рисунок Ж.1) дорівнює площі поверхні циліндра з радіусом r та висотою h (збігається з рівнем води водоносного шару). Таким чином, площа потоку дорівнюватиме 2·π·r·h, а швидкість потоку q задається:

, (Ж.3)

де r – радіус циліндра;

h – висота циліндра.

Попереднє рівняння можна перетворити так:

. (Ж.4)

При постійній швидкості відкачування та сталій величині k рівняння можна узагальнити. Якщо рівні води при спостереженні становлять h₁та h₂(відстані r₁ та r₂ відповідно), то:

, (Ж.5)

тоді, . (Ж.6)

Обмежений водоносний шар пов'язаний з тими ж факторами, що й незамкнений водоносний шар. Площа розповсюдження потоку циліндрична з радіусом r та висотою D (товщина водоносного шару) (рисунок Ж.1). Таким чином, площа поверхні потоку при радіусі r від центра свердловини дорівнює 2·π·r·D. Звідси:

, (Ж.7)

, (Ж.8)

Узагальнення та встановлення режиму в спостережних свердловинах приводить до визначення коефіцієнта фільтрації:

, (Ж.9)

Ж.2.2 Випробування в бурових свердловинах

В інтервалі бурової свердловини можна визначати як зниження напорів після наливу, так і відновлення рівнів після відкачки, або використовуючи герметизований п’єзометр. Для випробувань у свердловинах інтервал свердловини без обсадки заповнюють гравієм на необхідну глибину й після цього підіймають обсадку над забоєм свердловини. Вимірювальний інтервал повинен знаходитися нижче рівня підземних вод.

При визначенні проникності по зниженню напорів після наливу в свердловину подається вода, щоб максимально підвищити рівень води. Заміряють зниження рівня води з постійним інтервалом часу. Застосовуваний при випробуванні тиск води має буди нижчим ніж тиск гідравлічного розриву пласта. Загальне прирощення тиску не повинно перевищувати половини розрахункового природного пластового тиску.

При одиночній дослідній відкачці (на відновлення рівня) попередня підготовка аналогічна визначенню при наливах, за винятком того, що вода відкачується приблизно до рівня, коли вона покриває обсадку на забої свердловини, та заміри підняття рівня води проводяться при різних інтервалах часу.

При відкачках і наливах коефіцієнт водопроникності розраховують однаково. Після достовірного визначення рівня ґрунтових вод значення log (H/H₀) зображується в залежності від часу t, де H – гідростатичний напір у часі t, а H₀ – вихідний гідростатичний напір (рисунок Ж.2). Отже, проведена через експериментальні точки пряма є оптимальною. Якщо початковий фрагмент графіка має форму кривої, проводять пряму лінію (паралельно кінцевому фрагменту графіка) від початкової точки. З прямої лінії зчитуються значення t, для яких H/H₀ = 0,37 – це значення t називається часом відновлення рівнів води T. Коефіцієнт водопроникності обчислюють за рівнянням:

, (Ж.10)

де a – поперечний переріз п’єзометра;

F – коефіцієнт форми (відповідне значення, отримане за зіставленням схеми випробування зі схемами, що мають аналітичні рішення (рисунок Ж.3).

Рисунок Ж.2 – Виміряні значення при наливі в свердловину

У випадку, коли рівень ґрунтових вод визначений приблизно, початковий log (H/H₀) визначається як функція від графіка часової залежності з використанням прийнятого рівня ґрунтових вод. Якщо в результаті весь одержаний графік має форму кривої, тоді рівень ґрунтових вод уточнюють повторним перерахунком значень log (H/H₀) доти, поки графік стане практично прямою лінією (початковий фрагмент може залишатися кривою) (рисунок Ж.2). Подальша оцінка виконується у звичайному порядку.

Рисунок Ж.3 – Коефіцієнт форми для визначення водопроникності у свердловині (Somerville, 1986).

Водопроникність окремих шарів або горизонтів може вимірятися з використанням «гнізд» (інтервалів), що тимчасово герметизуються на точно визначеному рівні у ґрунті. Цей метод вимірювання називається «дослідним нагнітанням» та проводиться, як правило, у свердловинах без обсадки в скельній породі після затиснення «гнізда» свердловини зверху та знизу пакерами. Пакер є гумовою оболонкою, яка розширюється до стінок свердловини для ізоляції інтервалу свердловини. Потім закачують воду (найбільш розповсюджений метод), тобто її випускають через «гніздо» та встановлюють водопроникність через швидкість потоку та прикладений напір. Прикладений напір може бути гідростатичним напором верхнього водоносного горизонту в свердловині, хоча частіше застосовують тиск для збільшення напору води. Найбільш використовуваним є метод наливу.

Обробку результатів слід виконувати обережно з декількох причин:

• «гніздо» може бути недостатньо ізольованим щодо інших шарів;

• не можна виключати можливості витікань поза пакером;

• збільшення тиску води може викликати гідравлічний розрив пласта;

• якщо дрібні фракції не вимиті повністю із свердловини, не виключена можливість виносу їх у відкриті тріщини та розломи в скельних породах.

П’єзометр (пористий блок, заглиблений у ґрунт, для вимірювання пластового тиску) використовують подібно до методу пакерів для вимірювання водопроникності в обмеженій зоні. Тиск прикладається до піщаного фільтра, що оточує п’єзометр, тому необхідно знати розміри цього інтервалу із достатнім ступенем точності. Крім того, водопроникність матеріалу, з якого вироблено наконечник п’єзометра, має перевищувати щонайменше в десять разів водопроникність оточуючого ґрунту, тому що в протилежному випадку при випробуванні отримується вимірювання водопроникності керамічного наконечника. З огляду на це, дане випробування придатне лише для ґрунтів з низькою водопроникністю.

Надруковано:

“Інформаційний бюлетень Мінрегіонбуду”, №5, травень 2012 р., К.: “Укрархбудінформ”