Geotechnikai feltárási módszerek, mintavételek és szondázások Dr. Horváth Tibor GEOVIL Kft.– Canterbury Engineering Association (UK)
2013. november 26.
GEOVIL Kft. ©GEOVIL KFT.
GEOTECHNIKAI IRODA 2000 Szentendre, Pf. 121. www.geovil.hu;
[email protected]
Geotechnikai célú fúrások, mintavételezések A fúráshoz szükséges: - feltárási terv, hely, mintavételi terv - geotechnikai fúrógép - mintavevő szerszámzat - szakember, min. technikusi végzettséggel és geotechnikai ismeretekkel Mintavételezés hely szerint lehet mintát venni: - kutatógödörből - aknából ( 5 m-nél mélyebb) - táróból, vágatból ( pl. alagútépítés ) - fúrásból – szondázásból (pl.SPT)
Geotechnikai feltárási - vizsgálati mélységek
A Geotechnikai feltárások célja (MSZ ISO 22475-1):
1.
olyan minőségű talaj- és kőzetminták vétele, vízminták vétele,amelyek vizsgálata megítélhető a terület geotechnikai alkalmassága a tervezett létesítmény megépítésére és amelyek lehetővé teszik a tervezéshez szükséges tervezési paraméterek (talaj- és kőzetfizikai, hidrogeológiai) jellemzők laboratóriumi meghatározását;
2.
a mérnökgeológiai modell alkotáshoz, információszerzés az egyes rétegek, tagoltsági rendszerek és vetők szerkezetéről, vastagságáról és irányáról, hidrogeológiai modell alkotásához;
3.
a rétegek típusának, összetételének ( pl. ásványi) és állapotának megállapítása;
4.
információszerzés a talajvízviszonyokról, vízmintavétel a talajvíz, talaj, kőzet és szerkezeti anyagok közötti kölcsönhatás megítéléséhez;
Fúrási módok
A geotechnikai fúrógéppel, szondázó berendezéssel szemben támasztott követelmények -
Biztonság a természetes és épített környezet védelme ( önsúly, bio olaj, adalékszer, humán erőforrás védelme, biztonság technikai felülvizsgálat)
-
Alkalmasság a mintavételre ( „ a fúrás elakadt „) forgatónyomaték, forgatási sebesség, emelő képesség, mintavételezési módszer
-
Terepjáró képesség, helyszíni nehéz terepviszonyok, építési területek, országúti közlekedés
-
Gyorsaság, összsúly, felvonulás, súlykorlátozások
-
Megbízhatóság, gazdaságosság határidő
Fúrógép sekély mélységű (10-15 m) spirálfúráshoz nyomatékigény: 2 500 Nm
Fúrógép közepes mélységű fúráshoz (50 m), Hollow Stem Auger fúrógép, száraz szakaszos mintavételhez nyomatékigény: 5 000 Nm
Rotary Wire Line magfúráshoz (500 m) fúrógép, nyomaték 10 000 Nm
Munkaképek
Geotechnikai mintavételi módok és eszközök,fúrással Fúrási- mintavételi módok
Talaj – és Kőzet függő * Száraz fúrás szerszámai és mintavétel - spirál fúrás, zavart minta, folyamatos spirál és szakaszos száraz magmintavétel - Holow Stem Auger (belső üreges spirál fúrás), zavart minta és száraz magmintavétel ( szakaszos és folyamatos) - egyfalú magcső, szakaszos magminta, se nem zavart se nem zavartalan * Rotary folyamatos magfúrás, iszapöblítéssel - dupla falú magcsővel, általában geológiai kutatásra, a magminta, ásványi összetétele a lényeges, kevésbé alkalmas geotechnikai laboratóriumi vizsgálatra - Wire Line , tripla falú magcsővel, geotechnikai kutatásra, 1980 óta, bagdadi metrónál először, előnye, legkevésbé roncsolja a mintát, alakváltozást korlátozza, min 95 % magkihozatal, magvédelem, tárolhatóság
Geotechnikai mintavételi módok és eszközök,fúrással Fúrási- mintavételi módok
Talaj – és Kőzet függő * Száraz fúrás szerszámai és mintavétel - spirál fúrás, zavart minta, folyamatos spirál és szakaszos száraz magmintavétel - Holow Stem Auger (belső üreges spirál fúrás), zavart minta és száraz magmintavétel ( szakaszos és folyamatos) - egyfalú magcső, szakaszos magminta, se nem zavart se nem zavartalan
* Rotary folyamatos magfúrás, iszapöblítéssel - dupla falú magcsővel, általában geológiai kutatásra, a magminta, ásványi összetétele a lényeges, kevésbé alkalmas geotechnikai laboratóriumi vizsgálatra - Wire Line , tripla falú magcsővel, geotechnikai kutatásra, 1980 óta, bagdadi metrónál először, előnye, legkevésbé roncsolja a mintát, alakváltozást korlátozza, min 95 % magkihozatal, magvédelem, tárolhatóság
Laboratóriumi vizsgálathoz vett talajminták minőségi osztályai MSZ ENV 1997-3:2000 Talajtulajdonságok / Minőségi osztály
1.
2.
3.
4.
A változatlan talajtulajdonságok szemcseméret víztartalom tömörség, tömörségi mutatószám, áteresztőképesség összenyomhatóság, nyírószilárdság
* * * *
* * *
* *
*
A meghatározható tulajdonságok rétegsor réteghatárok – hozzávetőlegesen réteghatárok – pontosan konzisztenciahatárok, szemcsesűrűség, szervesanyag-tartalom víztartalom tömörség, tömörségi mutatószám, áteresztőképesség összenyomhatóság, nyírószilárdság
* * * * * * *
* * * * * *
* * * *
* * *
Alkalmazható mintavételi kategória
5.
*
A B C
Minták minőségi osztályai és a mintavételi kategóriák MSZ EN 22475 -1 2010 Laboratóriumi vizsgálat céljára vett talajminták minőségi osztályai
1.
2.
3.
4.
5.
A Mintavételi kategóriák
B C
- A kategóriájú mintavétellel 1- 5 minőségi osztályú minták nyerhetőek - B kategóriájú mintavétellel 3-5 minőségi osztályú minták nyerhetőek - C kategóriájú mintavétellel 5 minőségi osztályú minták nyerhetőek
Minta minőségi osztályai : -1 és 2 minőségű minta: a talajszerkezet semmilyen vagy min. mértékben változik az eredeti állapothoz képest ( talaj összetevők, kémiai összetevői ), víztartalom és hézagtényező nyírószilárdsági jellemzői „in situ” állapotúak
- 3 típusú minta: a talaj összes alkotóelemét eredeti arányban tartalmazza és megtartja az eredeti víztartalmát. Az „in situ” állapot zavart. - 5 típusú minta: a talaj szerkezete teljesen megváltozik, a rétegek nem azonosíthatóak, víztartalom hamis
Mintavételi fúrásmódok, eszközök
Folyamatos spirál fúrás Max. fúrási mélység : forgatónyomaték/ 3 x spirál átmérő coll ban HSA, Holow Stem Auger
Folyamatos spirál fúrás
Példa: Fúrógép nyomatéke : 400 kpm Spirál átm : 160 mm = 6.4 coll Max. fúrási mélység :20.8 m Spirál fúrófejek
Hollow Stem Auger, belső üreges spirál alkalmazható 30 m-ig
Száraz magminta vevők max: 150 mm-ig - bevert mintavevő, keményebb talajokhoz (split tube barell), hidraulikuskalapáccsal - vékony falú mintavevő, puha talajok esetén statikus nyomással (thin wall sampler)
1 Béléscső 2 A magmintavétel kezdete 3 A magmintavétel vége 4 Az előfúrás talpmélysége 5 Légtelenítő nyílás 6 Minta D3 A magcső vagy betétcső belső átmérője H Egyszeri magmintavételi hossz
Egyfalú mintavevővel szembeni követelmény
•
Területi arányszám, kiszorított talaj terület aránya a minta területéhez, a minta zavartsága utal , legyen nagyobb 15 %-nál Co =
•
Belső bővülési arány, a falsúrlódás, „mintavonszolás”, legyen nagyobb, ne legyen nagyobb mint 0,5 % Ci =
•
D3 − D1 ⋅ 100 D1
Külső bővülési arány Co =
•
D2 − D 4 ⋅ 100 D4
D2 − D 4 ⋅ 100 D4
Vágóél kúpszöge max. 5 fok
Wire Line triplafalú magcső, alkalmazhatóság korlátlan
ELŐNYEI: * gyors mintavétel * biztosítja a lyukfal állékonyságát, (?) * TCR (?) min. 100 %, homokban 70 % * RQD (?) pontos felvétele, * legkevésbé roncsolja a mintát (?) * nem növeli a minta víztartalmát * liner védi a magmintát, (?) * megőrzi részben a konszolidáltságot (?) * egyaránt alkalmas ásványi és geotechnikai célú magminta vételre
Liner és magkivétel Geobor S
Kőzetmagok töredezettségének jellemzése: RQD tagoltság, SCR épmagkihozatal , TCR teljesmag-kihozatal
1 2 3 4 5 6
Fúrás okozta törések Van legalább egy teljes átmérő RQD tagoltság Nincs teljes átmérő SCR épmagkihozatal Roncsolódott TCR teljesmag-kihozatal Nincs magkihozatal Egyszeri magfúrási hossz
Kőzetmagok töredezettségének jellemzése:
• TCR teljesmag-kihozatal (Total Core Recovery): A kiemelt magminta teljes (ép és nem roncsolódott részének) hossza az egyszeri magfúrási hossz százalékában kifejezve
• SCR épmagkihozatal (Solid Core Recovery): Az ép hengerekként kiemelt magdarabok hossza az egyszeri magfúrási hossz százalékában kifejezve
• RQD tagoltság (rock quality designation): Azon magdarabok összegzett hossza az egyszeri magfúrási hossz százalékában kifejezve, melyeknek mindegyik keresztmetszetében legalább egy teljes átmérő kijelölhető, és amelyeknek a természetes törési felületek között a mag középvonala mentén mért hossza 100 mm vagy annál nagyobb
Wire Line fúrókoronák
