ПНСТ 802-2022. Предварительный национальный стандарт Российской Федерации. Грунты. Метод бурового зондирования

(утв. и введен в действие Приказом Росстандарта от 22.12.2022 № 143-пнст)

ОКС 19.060

Срок действия с 1 января 2023 года до 1 января 2026 года

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Обществом с ограниченной ответственностью «Научно-производственное предприятие „Геотек“ (ООО „НПП „Геотек“)»

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 465 «Строительство»

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 22 декабря 2022 г. № 143-пнст

Правила применения настоящего стандарта и проведения его мониторинга установлены в ГОСТ Р 1.16-2011 (разделы 5 и 6).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии собирает сведения о практическом применении настоящего стандарта. Данные сведения, а также замечания и предложения по содержанию стандарта можно направить не позднее чем за 4 месяца до истечения срока его действия разработчику настоящего стандарта по адресу: 440068 Пенза, ул. Центральная, 1М и/или в Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии по адресу: 123112 Москва, Пресненская набережная, д. 10, стр. 2.

В случае отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты», а также будет размещена на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.rst.gov.ru)

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на природные скальные, природные дисперсные, техногенные мерзлые, природные вечномерзлые, промерзающие и протаивающие грунты и устанавливает метод полевых испытаний буровым зондированием при проведении инженерно-геологических исследований на суше или в море.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие документы:

ГОСТ 19912 Грунты. Методы полевых испытаний статическим и динамическим зондированием

ГОСТ 20522 Грунты. Методы статистической обработки результатов испытаний

ГОСТ 20276.1 Грунты. Метод испытания штампом

ГОСТ 25100-2011 Грунты. Классификация

ГОСТ 30672 Грунты. Полевые испытания. Общие положения

СП 446.1325800 Инженерно-геологические изыскания для строительства. Общие правила производства работ

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов (сводов правил) в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный документ, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого документа с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого документа с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный документ отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку. Сведения о действии сводов правил целесообразно проверить в Федеральном информационном фонде стандартов.

3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 20522, ГОСТ 25100, ГОСТ 30672 и СП 446.1325800, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 буровое зондирование: Процесс измерения параметров при бурении скважины.

3.2 устройство бурового зондирования: Прибор для измерения параметров при бурении скважины.

3.3 параметры бурового зондирования: Крутящий момент, осевая нагрузка, вес буровой колонны; частота вращения; линейная скорость погружения; угол отклонения оси устройства бурового зондирования от вертикали.

4 Общие положения

4.1 Общие требования к полевым испытаниям грунтов, оборудованию и приборам, подготовке площадок для испытаний приведены в ГОСТ 30672.

4.2 Настоящий стандарт устанавливает технические принципы и требования к измерениям и оборудованию, процедуре испытаний, обработке результатов испытаний и отчетности при проведении инженерно-геотехнических исследований.

4.3 Буровое зондирование применяют в комплексе с другими видами инженерно-геологических и геотехнических исследований или отдельно с целью:

• выделения инженерно-геологических элементов (толщины слоев и линз, границ распространения грунтов различных видов и разновидностей);
• оценки пространственной изменчивости состава и свойств грунтов;
• определения глубины залегания кровли скальных и крупнообломочных грунтов;
• количественной оценки характеристик физико-механических свойств грунтов на основе корреляционных связей между лабораторными и полевыми испытаниями грунтов стандартными методами.

4.4 Количественную оценку характеристик физико-механических свойств грунтов проводят путем статистически обоснованных корреляционных зависимостей между параметрами бурового зондирования и результатами определения физических и механических характеристик другими стандартными лабораторными и полевыми методами испытаний грунтов.

4.5 Глубину зондирования и расположение точек зондирования определяют программой инженерно-геологических исследований. Рекомендуется использовать геофизические методы для оценки неоднородности грунтовой толщи и назначения точек зондирования.

4.6 Измерения параметров бурового зондирования выполняют в режиме реального времени с использованием информационно-измерительной системы, которая отслеживает показания датчиков, установленных в устройстве бурового зондирования.

5 Оборудование и приборы

5.1 В состав установки для испытаний грунтов буровым зондированием входят:

• буровая колонна из полых или сплошных шнеков, буровых труб с буровым инструментом;
• силовое устройство для создания вращения, крутящего момента, усилий подачи и подъема, в составе буровой установки или раздельно;
• устройство бурового зондирования, включающее в себя измерительную систему;
• программа для регистрации параметров бурового зондирования, калибровки измерительных каналов, интерпретации данных измерений.

Схема буровой установки и измеряемые параметры показаны на рисунке А.1 (приложение А).

Примечание - Допускается размещение устройства бурового зондирования в верхней или нижней частях буровой колонны.

5.2 Измерительная система включает:

• датчики силы и крутящего момента, датчик скорости вращения, датчик угла наклона, дальномер;
• блок усиления сигналов с датчиков для преобразования их в цифровой вид;
• возможность передачи информации на поверхность грунта с использованием проводной или беспроводной связи.

Примечание - При необходимости могут быть использованы дополнительные датчики для измерения иных физических величин.

5.3 Основная погрешность датчиков измерительной системы должна составлять от диапазона измерений не более:

5% — при измерении осевой нагрузки, веса буровой колонны и грунта на ребордах;

3% — при измерении крутящего момента;

2% — при измерении глубины погружения;

2% — при измерении частоты вращения;

2° — при измерении угла отклонения оси устройства бурового зондирования от вертикали.

5.4 Измерительная система должна проходить метрологическую поверку в соответствии с паспортными данными предприятия-производителя.

5.5 Измерение глубины погружения устройства бурового зондирования выполняется лазерным или тросовым дальномером, показания которых в цифровом виде передают и записывают в базе данных.

5.6 Тип бурового инструмента зависит от вида грунта и определяет эффективность выбранного метода бурения для геологических условий на площадке исследований. Тип бурового инструмента должен быть отмечен в журнале испытаний. Для отбора проб или испытаний в скважине может потребоваться замена бурового инструмента из-за геологических условий. Износ или замена бурового инструмента должны быть отмечены в отчете до и после текущего бурового зондирования.

5.7 Для исследований дисперсных и вечномерзлых грунтов рекомендуется применять буровой инструмент в виде трехлопастного долота.

5.8 Характеристики буровой установки, такие как ее мощность и конструкция силового привода (гидравлический или механический), оказывают влияние на результаты бурового зондирования. Поэтому основные характеристики буровой установки указывают в журнале испытаний (приложение Б).

6 Подготовка к испытаниям

6.1 Перед и после проведения испытания осуществляют контрольные измерения датчиков, если нулевой дрейф измеряемых показаний датчиков больше допустимой погрешности измерений в соответствии с требованиями 5.3, то следует провести калибровку каналов измерительной системы и повторные испытания.

6.2 Буровой станок устанавливают на месте испытаний с заданными координатами долготы и широты, и приводят в рабочее положение.

6.3 Устройство бурового зондирования соединяют с вращателем бурового станка, первым звеном буровой колонны и подключают к компьютеру.

7 Проведение испытаний

7.1 После подготовки к испытаниям оператор включает источник питания компьютера и измерительной системы, приводит в действие вращатель бурового станка и выполняет бурение скважины с измерением параметров бурового зондирования. В процессе бурения скважины в базу данных заносятся измеряемые параметры бурового зондирования.

7.2 Интервал регистрации параметров бурового зондирования должен быть выбран в зависимости от детализации, требуемой для исследований. Например, при обнаружении прослоев грунтов он может изменяться от 10 до 100 мм. Если значения параметров измеряются чаще, чем требуемые интервалы, то должно быть отмечено рассчитанное среднее значение.

7.3 Расстояние между местом проведения текущего испытания и местом предыдущих испытаний должно быть не менее 2 м.

7.4 В процессе бурового зондирования следует следить за тем, чтобы ось скважины была как можно ближе к вертикали. Отклонение оси устройства бурового зондирования от вертикали должно быть не более 2°.

7.5 В случае проведения исследований в целях сопоставления результатов бурового и статического зондирования по ГОСТ 19912 скорость перемещения буровой колонны должна быть постоянной и равной 20 +/- 5 мм/с.

7.6 В случае испытаний в целях определения модуля деформации грунтов испытания и обработку данных измерений выполняют по ГОСТ 20276.1, принимая за диаметр штампа диаметр бурового инструмента. При определении давления на грунт следует учитывать вес буровой колонны и грунта на ее ребордах.

7.7 Вес буровой колонны с грунтом на ребордах шнеков определяется датчиком силы, входящим в состав устройства бурового зондирования. Для этого после остановки процесса зондирования на текущей глубине буровая колонна отрывается от забоя скважины и выполняется ее холостое прокручивание двумя-тремя оборотами. После чего с помощью датчика силы измеряют вес буровой колонны, а в случае бурения шнеком — вес буровой колонны и грунта на ее ребордах.

7.8 В процессе проведения испытаний необходимо вести журнал испытаний по форме, приведенной в приложении Б, а результаты испытаний — оформлять в виде профилей параметров бурового зондирования, приведенных в приложении В.

8 Обработка результатов испытаний

8.1 Данные измерений сохраняются без какой-либо обработки сигналов (сглаживания или фильтрации).

8.2 Используя данные измеренных параметров бурового зондирования, вычисляют:

а) среднюю линейную скорость погружения буровой колонны, J , м/с, по формуле

J = \frac{h_{t + \Delta t} - h_{t}}{\Delta t} , (1)

где ht — глубина скважины в момент времени t;

h_{t + \Delta t} — глубина скважины в момент времени;

t + \Delta t — интервал времени между измерениями;

б) мощность осевой нагрузки на текущей глубине, кДж/с:

P_{v} = NJ, (2)

где N — осевая нагрузка на текущей глубине, кН;

в) мощность вращательной нагрузки на текущей глубине, кДж/с, по формуле

P_{r} = 2\pi M\omega, (3)

где M — текущий крутящий момент в забое скважины, кН·м;

\omega — частота вращения бурового инструмента, с-1;

г) суммарную мощность нагрузки на текущей глубине, кДж/с, по формуле

A = Pv + Pr. (4)

Примечание - Этот показатель зависит от природы грунтов и может быть использован для определения границы между инженерно-геологическими элементами;

д) удельную энергию — величину работы необходимую для разработки единичного объема грунта при бурении скважины, кДж/м3, по формуле

E = \frac{2\pi\omega M}{V} = \frac{P_{r}}{V} , (5)

где V — объем грунта, м3.

Примечание - Данный показатель может быть использован для определения границы между слоями грунтов и свойств грунтов путем корреляции с физико-механическими характеристиками грунтов, полученными в результате лабораторных или полевых испытаний.

8.3 Удельное давление на грунт в забое скважины определяют по формуле

q_{b} = \frac{N}{\pi R^{2}} , (6)

где R — радиус поперечного сечения бурового инструмента, м.

8.4 Статистическую обработку данных измерений выполняют в соответствии с требованиями ГОСТ 20522.

8.5 Результаты обработки данных испытаний должны быть представлены в виде паспорта, пример оформления которого приведен в приложении Г. Паспорт должен содержать литологическую колонку с классификацией типов грунта по ГОСТ 25100.

8.6 Масштабы графиков, приведенных в приложении Г, допускается изменять при обязательном сохранении соотношения между масштабами осей абсцисс и ординат.

Приложение А (справочное)

СХЕМА БУРОВОЙ УСТАНОВКИ И ИЗМЕРЯЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ

а

б

1 — транспортное средство; 2 — мачта; 3 — вращатель; 4 — буровая колонна; 5 — буровой инструмент; 6 — дальномер; 7 — компьютер; 8 — устройство бурового зондирования

Рисунок А.1 — Схема буровой установки (а) и измеряемые параметры (б)

Приложение Б (рекомендуемое)

Журнал испытаний методом бурового зондирования

Объект ___________ Площадка ______________ Точка зондирования N ___________

Тип буровой установки _____________________________________________________

Тип бурового инструмента __________________________________________________

Дата проведения испытания: начало _______________ окончание _______________

Географические координаты: долгота __________________ широта ______________

Абсолютная отметка устья скважины _________________________________________

Оператор _________________________________ Ф.И.О.

Приложение В (рекомендуемое)

ПРИМЕР ПРОФИЛЕЙ ПАРАМЕТРОВ БУРОВОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Объект _________ Площадка ______________ Точка зондирования N _____________

Дата проведения испытания: начало ______________ окончание ________________

Географические координаты: долгота _________________ широта _______________

Абсолютная отметка ________________________________________________________

Оператор _________________________________ Ф.И.О.

Приложение Г (рекомендуемое)

Организация _______________ Объект ________________ Площадка ______________

Руководитель организации ______________________________ Ф.И.О.