Файл: Левкович А.И. Инженерно-геологические изыскания для строительства на вечномерзлых грунтах.pdf

§ 4. ТЕРМОКАРОТАЖНЫЕ РАБОТЫ

Термокаротажные работы выполняются для определения температурного режима грунтов в естественных условиях и по­ лучения исходных данных для прогнозирования этого режима

вусловиях строительства и эксплуатации проектируемых зданий

исооружений.

Впринципе для решения этих задач каких-либо режимных

наблюдений за температурой грунтов можно не проводить — для этих целей достаточно единовременных измерений. Однако для того, чтобы избежать ошибок, в частности по причине не­ достаточной выстойки скважин, в каждой точке наблюдений температуру грунтов измеряют несколько раз в течение опре­ деленного промежутка времени. Измеряют температуру грунтов в скважинах, а если последние по тем или иным причинам не проходились, — в шурфах. При наличии скважин термокаротаж в шурфах не выполняется.

Оборудование скважин для термокаротажных наблюдений заключается в их обсадке на полную глубину в неустойчивых вечномерзлых грунтах и перекрытии горизонтов грунтовых, в том числе и надмерзлотных вод. В обсаженных скважинах должна быть полностью исключена циркуляция грунтовых вод по затрубному пространству. Оголовок обсадных труб или кон­ дуктора, выступающий над устьем скважины, следует оборудо­ вать деревянным коробом с крышкой, чтобы предохранить от воздействия прямой солнечной радиации. Оголовок скважины также обваловывают талым глинистым грунтом, чтобы поверх­ ностные воды не попадали в затрубное пространство.

Оборудование шурфов значительно более трудоемко, чем оборудование скважин. Предварительно подготавливают надеж­ но герметизированную колонну обсадных труб диаметром не менее 168 мм, на забое заваренную или оборудованную пробкой. Эту колонну устанавливают в один из углов шурфа так, чтобы ее верхняя часть выступала над его устьем на 0,2—0,3 м. После этого шурф засыпают. Во всех случаях обратную засыпку про­ изводят оттаявшим грунтом с послойным его уплотнением. За­ сыпка мерзлым грунтом неэффективна — такой грунт трудно уплотнить и при оттаивании он даст существенную осадку, про­ изойдет инфильтрация поверхностных вод, нарушение восста­ навливающегося температурного режима. Все это вызовет не­ обходимость дополнительной засыпки шурфа через какое-то время. Кроме того, не следует забывать, что шурф, засыпанный мерзлым неуплотненным грунтом, может стать инициатором тер­ мокарстового процесса. При засыпке шурфов, оборудуемых для термокаротажных работ, грунты его стенок с поверхности и на полную глубину сезонного оттаивания (при сезонном промер­ зании— до кровли вечномерзлых грунтов) нужно цементировать, чтобы избежать попадания фильтрующихся вод.

78

После оборудования скважины (шурфа) следует восстано­ вить естественные условия на поверхности грунта, по крайней мере в радиусе, равном глубине выработки. В частности, надо восстановить естественный снежный и растительный покров, убрать извлеченный из выработок грунт, устранить колеи и ямы, вызванные перемещением транспортных средств, буровых агре­ гатов и других механизмов.

Оборудованные скважины и шурфы должны выстояться пе­ ред началом термокаротажа в них до тех пор, пока в грунтах, слагающих их стенки, не восстановится естественный темпера­ турный режим. Время, необходимое для этого, зависит от глу­ бины и способа бурения, температуры, состава и суммарной влажности грунтов, а также и от времени года, и это время следует определять экспериментально. Однако существуют ориентировочные сроки, которыми можно руководствоваться при определении времени, потребного на термокаротажные работы. В частности, можно считать, что при ручном бурении до глубины 12—15 м скважина выстаивается 5—10 дней, а до глубины 20— 25 м — 12—15 дней. Для механического колонкового бурения со­ ответствующие сроки составят 12—15 и 25—30 дней.

Практически определяют, выстоялась ли скважина, путем сравнения значений температуры грунтов на соответствующих глубинах, полученных при трех измерениях температуры, сде­ ланных с интервалом в 1 сутки на глубине от 5 иг и ниже с ин­ тервалом в 1 иг. Если разница значений температур на соответ­ ствующих глубинах не превышает 0,1 °С, то скважина считается выстоявшейся. Чтобы определить, выстоялся ли шурф, исполь­ зуют тот же прием, но сравнивают не 3, а б значений темпера­ тур, т. е. время контроля увеличивается более чем вдвое, чтобы исключить возможность ошибок, вероятность которых для шурфов выше, чем для скважин.

Приведенный способ проверки основан на том, что на глу­ бинах свыше 5 м естественные изменения температур за 2— 5 суток практически никогда не превысят 0,1 °С, а восстановле­ ние температурного режима от измененного состояния до есте­ ственного происходит гораздо более быстрыми темпами.

После того как скважины или шурфы выстоялись, в них про­ водят термокаротажные работы. Измерения температуры про­

В этих точках измерения температуры должны проводиться од­ новременно, практически не более чем за 5—10 мин.

Для того чтобы избежать ошибок и получить возможность уверенно судить о естественных температурах грунтов, прово­ дят, как отмечалось, не одно измерение по разрезу каждой сква­

79

глубинах получают по '9 значений температур грунта, которые и используются для определения составляющих температурного режима вечномерзлых грунтов по каждой скважине (см. § 5).

§ 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОБОБЩЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ГРУНТОВ

Температурный режим какой-либо области исследований за тот или иной промежуток времени характеризуется последова­ тельной совокупностью температурных полей в этой области за указанный промежуток времени. Изучая температурный режим, рассматривают эти совокупности полей, выбирая интересующие показатели, т. е. те или иные характеристики температурного режима. Это могут быть максимальные или минимальные отри­ цательные температуры в определенной зоне области исследо­ ваний, глубины многолетнего оттаивания или промерзания грун­ тов, глубины сезонного оттаивания или промерзания и т. д.

В некоторых случаях эти характеристики определяют, непо­ средственно анализируя полученные тем или иным способом тем­ пературные поля, а иногда их целесообразно определять упро­ щенным путем.

Составляющие температурного режима в принципе характе­ ризуют на каком-либо участке только точку, для которой они были определены. Однако при выборе площадки и при райони­ ровании выбранной площадки их обобщают для описания райо­ нированных участков. В подобных случаях составляющие темпе­ ратурного режима определяют обычно упрощенным путем, как это будет показано ниже.

Обобщенные характеристики температурного режима грун­ тов могут отображать лишь какие-то обобщенные условия. По­ этому использование таких характеристик для оценки темпера­ турного режима в какой-нибудь области исследований предпо­ лагает относительное единообразие температурного режима в этой области. Учитывая, что главенствующую роль в теплооб­ мене с подстилающими грунтами играют условия теплообмена на поверхности грунтов, обобщенные характеристики, их темпе­ ратурного режима в некоторой области исследований будут ста­ бильны, если на поверхности грунтов, слагающих эту область, условия теплообмена будут единообразны. Кроме того, известно, что температурный режим зависит от свойств грунтов, однород­ ность которых в некоторой области определит и единообразие температурного режима в этой области. Оба эти условия выпол­ няются на участках, которые характеризуют литолого-генетиче- ским единством грунтов.

Так как, в общем случае, условия теплообмена на поверхно­ сти грунтов определяются ландшафтом этой поверхности и од­ нородность ландшафта служит показателем однородности под­ стилающих грунтов, обобщенные характеристики температурного

81