Методические рекомендации Методические рекомендации по геофизическому обследованию насыпей железных дорог

ВСЕСОЮ З НЫЙ НАУЧН О-ИССЛЕД ОВАТЕЛ ЬСКИЙ
ИНСТИТУТ ТРАНСПОРТНОГО СТРОИТЕ ЛЬСТВА

УТВЕРЖДАЮ:

Зам . д иректора института

А . К УЧК О

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКО М ЕНДАЦ ИИ
ПО ГЕОФИЗИЧЕСКОМУ ОБСЛЕДОВАНИЮ
НАСЫПЕЙ ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ

Москва 1975

ПРЕДИСЛОВИЕ

В Ме то дическ их ре коме ндациях приведены основные з адач и геофизики при обследовании насыпей же лезных дорог, мет оды и т ехника обсле дований, т ехн ология работ и приме няем ая аппаратура; установле ны специфические трудност и для постановки геофизиче ских исследований и пути их преодоления; указаны способы инте рпретации полученных материалов, точн ость определений искомых параметров и необходимые конструктивные измене ния существующих образцов оборудования и аппаратуры с учетом специфики работ на насыпях де йствующих же лезных дорог.

Методич е ские рекоме ндации разработаны в лаборатории инженерной геологии и геофизики ЦНИ ИСа инж. В. Я. П ригодой. Методика сейсмическо го обследовани я насыпей составлена старшим научным сотрудником зе мляного полотна ЦНИИ МПС ка нд. т ехн. н аук Г. Г. Коншиным.

Работа предназначена для геофизиков и геологов проектно-из ы ска тельских институтов Минтрансстроя, путео бследовательских станций, ж елдорпроектов и Гипротра нспути МПС.

Зам е чания и пре дложения направлять по адресу: Москва, И-329, Игарский проезд 2, ЦНИИС.

Зам. д иректора инсти тута                                                                                        А. КУ ЧКО

И. О . р уководител я отделения изысканий

и проектирования железных дорог                                                                         В. БЫКОВ

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1 .1 . В наст оящее врем я при ин же нерно- геологи ческом обследовании насыпей сущест вующ его пут и проводят визуальны е и инструментальные н аблюдени я за сост ояни ем зе мляного полотн а, закла ды вают не глуб окие шурф ы (к опуши, закопушки), дела ют расчист ки и проре зи, бурят скважины , приме няют г ео физическ ие ме тоды ра зве дки [ 1] . При п роходке выработ ок берут пробы г рунта дл я опреде ления грануломет рического с остава, влажнос ти, плотности, пределов пластичности и др.

1 .2. Проходка шурфов и скважин на насыпях де йст вующих желе зных дорог нару шае т целостность зе млян ого пол отна и на участках линий, харак те ризующихся бол ьшой грузонапряженностью и повыше нными ск оростями движе ния пое здов, с оздает опасност ь прове де ния работ . П рименение геоде зических методов поз воляе т в з начите льной степе ни сократить объемы трудое мких буровых и шу рфовочны х работ, снизить стоимость работ в цел ом и, что особе нно важно, повысить без опасност ь прове де ния обсле дований.

1 .3. Ге офиз иче ские работ ы выполняют в комплексе с геол огиче ским и, а в ряде случаев - самостоятельно с учетом име ющихся ге ологиче ских данных.

1 .4. При выполнении геофи зических работ на действующих линиях необходимо руководст воват ься существующими правилами техники безопа сности и производственной санитарии [ 2, 3]. Персонал геофизической партии или от ряда долже н знать правила те хниче ской э ксплуатации же лезных дорог [ 4] , «Инст рук ци ю по си гнализ ации на же лезных дорогах Союза ССР» [ 5] и «Инструкци ю по технике без опасн ости при ге офиз ичес ких работ ах» [ 6].

2. ЗАДАЧИ, МЕТОДЫ И ОСОБЕННОСТИ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ОБСЛЕДОВАНИЙ

Задачи и методы геофизики

2 .1. За дач и обследования основной п лощадки:

установление толщ и ны балласт ного слоя;

оп ределени е мощ ности и неоднородности дренирующего слоя грунта;

выявление и оконт у ривани е балл астных лож, ко рыт , гря зевых мешков и гне зд; ус тановле ние их размеров и конфигурации.

2.2. Задачи обсл е дован ия о ткосов и тела насыпи :

определени е мощ ности и площади распростра нени я балл астных ш ле йфов на отк осах насыпей;

ра с члене ние тела насыпи по литоло гиче скому сост аву и с ос тоянию г рунтов;

выявлени е и оконтуривание ослабле нных зон и линз обводненных грунт ов в тел е насыпи;

установ ле ние ве личины осадки и к онфигурации подошвы нас ыпи, возве денной на слабых грунтах (илах, т орфе, сапропе лях и др.) или на ме рзлом протаивающем основании;

выявление и оконтур и вани е линз ме рзлых грунтов и ль да в те ле насыпи.

2.3. Задачи обсл е дова ния основания насыпи:

расчленени е грунтов по литологическому составу и сост оянию;

выявл е ние и оконту ривание закарстован ных зон, м ерзлых г рунт ов, подзе мных л ьдов, паре летков и других новообра зований;

ус т ан овл ение водон осных горизонтов.

2.4. Для ре шени й указ ан ных за дач приме няют: симметричны е и трехэле ктродны е ве ртикальные элект риче ские з ондирования (В ЭЗ) с установками AMNB и AMN , B →∞ ;

симме т ричное элект ропрофилир ование (ЭП) с двумя разнос ам и питающих линий по схеме AA 1 MNB 1 B ;

электроконта к тное зондирование (ЭК З) в сочетании с дин амической пенетраци ей грунтов;

с е йсмораз ве дку методом преломленных волн (КМП В).

Особенности электроразведки

2.5. При выпо л нении электроразведки, обработке рез ультатов набл юдени й и интерпрет ац ии получае мых мате риал ов необходимо учи т ывать влияние следующи х факторов:

конфигурации насыпи (фо рмы по пере чного сечения и высот ы);

эл е кт риче ского поля, создавае мого в т еле насыпи уст ановкам и сигнализации и эле ктрификации же ле зных дорог;

рел ь совы х нитей.

Перечисленные факторы влияю т в основном на результат ы измере ний ме тода ми ВЭЗ и ЭП.

2.7. Влия н ие конфигурации насыпей . Железнодорожную насыпь можно уподобить поло ж ительной форме ре льефа в виде бесконечно выт янут ой т рапеце идальной призмы. Всле дствие эк ранирующего действия откосов плотность т ока искусственно создаваемы х эле ктрических поле й увеличивается, в результате чего электрические пара метры, измеряемые с установками ВЭЗ и ЭП, будут искаженными. Чем выше насыпи и круче от косы, те м больше искаже ния.

2.8. Минимально е влияние конфигурации насыпи наблюдается при расположении установок ВЭЗ и ЭП вдоль земляного полот на. Изменение кажущихся удельны х эле ктрических сопротивле ний определяют из выражения

,                                                            (1)

гд е j - плотность т ока в насыпи ме жду п риемными элект рода ми MN ;

j 0 и ρк0 - соответственно плотность тока и значение кажущ ихся сопротивлений при плоской границе раздела земля-воздух.

С увеличением высоты насыпи и разносов питающих линий (до некоторого предела) плотность тока j возрастает, а, сл е довательно, возрастает и значение ρ к при одном и том же сопротивлении исследуемого грунта.

Наиболее значительные искажения наблюдаются на однопутных насыпях с минимальной шириной основной площадки и максимальной крутизной откосов.

2.9. Величину искажений, создаваемых конфигурацией однопутной насыпи с шириной основной площадки 5,5 м и к рут из но й отко сов 1:1,5, м ожно опре делить по графикам изме нения  в зависи мости от высот ы на сыпи и величины полуразносов пит ающих линий уст ановок ВЭ З и ЭП (рис. 1). Эти г рафики сост авлены на основании ст ат ист ической обработ ки рез ультатов ис сле дований, полученных на 45 м од еля х насыпей, построе нных из однородных грунт ов в ма сшта бе 1 :25 к н атуральной ве личине насыпи. Уст ано вки ВЭЗ и ЭП п ри проведен ии иссле дован ий располагались вдоль оси насыпи. Анализ пров еденных г ра фи ков показывает :

искаж е ния кажущих ся соп рот ив лен ий при величине разносов питающих линий, ме ньших ширины основн ой площадки, мо жно п рактически не учитывать;

с ув е личение м разнос ов и высот ы насы пе й искажения сна чала уве личи ваются, а затем, п осле оп ределенны х для каждой высот ы насы пи отношений , умень шаются;

максимал ь ные зн ач ени я  = 1 ,0 6; 1 ,0 8; 1 ,1 5; 1 ,30; 1,60; 1 ,90; 2,20 отм ечают ся для нас ып ей высотой HH = 0 ,5; 1 ;2; 3; 6; 9; 1 2 м при   = 1 ,25; 1 ,30; 1 ,35; 1, 45; 1 ,90; 2,5;

при  большем 4, 5, 8, 1 5 и 30 для насыпей соотве тс тве нно высот ой 0,5 ; 1 ; 2 ; 3 и 6 м искажения составляют мене е 1 0 % и их можно не учитывать;

насыпи высотой до 1 м на резуль т аты измере ний практ ически в лияния не оказывают;

при обследовании насыпей высо т ой более 1 м для опреде ления удельных электрических соп рот ивлений исследуемых грунтов в полученные значения ρк не обходимо вносить поправки за искажения, определяе мые по рис. 1.

Значения  для м ак сима ль ных и миним альных значе ний  при высоте насыпи 6, 9 и 1 2 м определе ны интерполяцией полученных графиков.

2. 1 0. Искажения ρк у бровок насыпи больше, чем на ос и пути. Они зависят от крутизны откосов и удаления установок ВЭЗ и ЭП от бровки.

Оценить величину искаж е ний у бровок насыпи при разной крутизне откосов можно по результатам опытных исследовани й, про ве денных на мо делях н асыпей в Ленгипротрансе1 (рис. 2).

1 Р аб оты выполнены Шк илевским П. А . и Гребеш евы м В. М.

Рис. 1. Зависи мо ст ь  от высо т ы н асып и и полуразносов пит ающих линий   м:

···· h = 48, HH = 1 2, L = 41 ; -····- h = 36, HH = 9, L = 33; -···- h = 24, HH = 6, L =24; -··- h = 1 2, HH = 3, L = 1 4,5 ; -·- h = 8, HH = 2, L = 11,5; - - h = 4, HH = 1 , L = 8,8; - h = 2, HH = 0,5, L = 6

h - высот а моде ли насыпи, см;   - полуразносы пита ющих линий эк спе риме нталь ной уста новки, с м; L - ширина основания насыпи в натуре, м

Иск а же ния, полученные в 1 ,5 м от бровки крут ого склона с уклоном 1 :1,2 8 (38° ), на 7-1 0 % больше, ч ем на оси пути; иск ажения у пологого склона с уклоном 1 :2 (27°) больше на 3-5 %. Ве личину искажений с промежуточными уклонами склонов получают инте рполяцие й приве денных графиков.

2. 11 . Влияние конфигурации насыпи сказывается, в основном, на определении удельных элек трических сопрот ивлений исследуемых слоев грунта и в меньш ей степе ни - на определен ии глубины их залегания.

Ри с. 2 . За вис имость  от к рут изны откосов насы пи и ме ста рас положе ния изме ритель ной установки на основной п лощадке

- на о с и пути; - - на расст оянии 1 ,5 м от бровки пологого склона (уклон 1 :1 ,28); -·- т о же крутого склона (уклон 1 :2)

2. 1 2. По ре зультат ам электриче ских иссле дований, выполне нны х на моде лях насыпей ме тодам и симме тричного, дип ольного и комбинированного ЭП , трехэлектрод ного и симметричног о ВЭЗ, уста новле но, чт о влияние конфигура ции насыпей в наименьше й мере сказывается на результатах иссле дований, пол ученны х с симме тричными установками, кот орые и рекомендуется применять при обследовании насыпей.

2. 1 3. Влияние поля сигнализации и электрифик а ции жел езных дорог . Электрические поля, возникающие в теле насыпи в результате дейст вия установок элект рификации и сигна лизации железных дорог, создают поме хи, влияющие на ре зульт аты элект рометрических исследований.

Пом е хи не постоянны во вре мени и зависят от нахождения локомотивов от носите льно участков иссле дуемого пут и и положения уст ройст в автоблокировки, а также от реж има работ эле ктровозов, т яговых подстанций и системы сигнализации.

Кроме того, величина помех за висит от системы т ока и уровня напряже ни я электрифици ров анны х до рог, схемы рельсовы х цепей, характера кода работы светоф оров , уда ления участков работ от изолирующих рельсовых стыков и ти па п ри ме няе мой измерительной ге офизическ ой ап парат уры.

Наибольши е п оме хи , обусловленн ые э лек трифик ац ией и сигнализацией железных дорог н а пост оян ном т оке , н аблюдают ся у из олиру ющих рель совы х стыков при зеленом сигнале све тофора и н аличи и локом от ива на перегоне, наименьшие - на не эле ктриф ицирован ных дорогах при же лтом или крас ном сигнала х све тоф ора .

2. 1 4. Хара кте р распределе ния помех, обусловлен ных полем сигнализации на пост оян ном т оке у изолирующего с тыка, ра ссмотрен в работе Болдырева М. В . [ 7].

О т носитель ная погрешность результ ат ов измерений на расстоянии 3-5 м от изолирующего ст ыка вдоль оси пути при зе ле ном сигна ле светофора достигает 98-99 %. Этот участок насыпи нужно обследовать бурением ск ва жин или проходкой шурфов. При удалении из мерительной установки от с тык а пог реш ность уме ньша етс я. На расст оянии, большем дли ны изме рительной уст ановки, помехи практически не влияют на ре зультат ы изме рений.

2. 1 5. Максимальны е погрешност и вкрест оси пути наблюдаются в предел ах основной площадки. С увеличен ием разм еров установки поме хи растут. При удалении от оси пути на расстояние , больше е размера установки, влияние помех практиче ски отсутствует [ 7].

2 .1 6. На участках, удаленных от изолирующих стыков, характе р изменения помех пе рпендикулярно оси однопутной и двухпутных дорог, электрифицированных на переменном ток е , показан на рис. 3. Помехи определялись по сре днему значе нию падения напряжения Δ V ср на приемной линии MN дл и ной 2,7 м. Урове нь помех отсчит ывался по среднему положению колеблющейся стрелки, а амплитуда - по разнице ме жду ее наибольшим и наименьшим отклонениям.

Максимальное значение величин помех наблюдается у рельсовых нитей и достиг ае т 300 мВ при измерениях на приборе ЭСК -1 и 5 мВ - на приемнике АН Ч-1 . За предел ами основно й пл ощадки влияние поме х ре зко сни жает ся, и на расст оянии от оси пути 7 м и более пом ехи практ ически отсутствуют .

Р и с. 3. Характер рас преде ления помех пе рпе ндикулярно оси однопутной (а) и дву хпут ной (б) желе зны х дор ог, э лект рифицир ов анных на пере ме нном т оке

- вели ч ины помех, полученные на ЭСК-1

- - т о же                                           н а АНЧ-1

Х а ракт ер изме нения амплитуд помех аналогич ен хара ктеру измене ния среднего уровня помех, но значение амплитуд зна чительно ме нь ше . Максимальное значение амплит уд дост игает 1 5 мВ при измерении на ЭСК-1 и 3 мВ - на АНЧ-1.

Пом е хи не постоянны во времени. Величина их в течение 5 мин изменяется на 20- 30 %.

2 .17. Для обследования основной площадки электрифицированных дорог применяют низ кочастотную аппаратуру АНЧ-1 или ИК С-1 . При обс ле довании откосов и основания насыпи применяют также аппаратуру на пост оянном токе: ЭП-1 ; ЭСК-1, ЭС К-71 или АЭ-72. Если уровень поме х превышает одну треть величины полезного сигна ла, элект рора зв едочны е работы пре кращают.

На расстоянии 3-5 м от изолирующего стыка проводят только геологическое обследование зем л яного полотна.

Для о б следования насыпей неэлект рифицирова нных дорог прим е няют электроразведочную аппа ратуру как на переменном , так и на пост оянном токе.

2. 1 8. В л ияние рельс овых ни тей.

Влияни е ре льс овых ните й на результ аты эле ктромет риче ских исследований можно рассматривать в двух аспе ктах. С одной стороны, контакт рельсов с балласт ным слоем способствуе т уте чке тока в грунт от ре ль совы х це пей сигнализации и от выпрямителей тяговых двиг ателей элект ровоза. С другой стороны, о н способствуе т утечке тока элек триче ского поля, искусс тве нно создавае мого электрометриче скими установками, из грунта в ре льсы, чт о приводит к уме ньшению плотности тока в обла сти прие мных электродов, в результате че го измеряемые ве личины кажущихся сопрот ивле ний получаются заниженными. Утечки в обоих случаях зависят от переходных сопротивлений межд у ре льсовыми нитями и грунт ами верхне й части насыпи, которые во многом определяются состоянием шпал.

2. 1 9. Влияние рел ьсовых ните й, обусловленное утечкой тока в тело насыпи от устройств сигнализации и двигателей электровозов, ска зывае тся на уровне эле ктриче ских помех, который изме ряют и учитывают при проведении полевых электроме трических исс ле дова ний.

2.20. Влияние рельсовых нитей на распределени е тока, создаваемого электрометрическими установка ми, можно определить по ре зультатам иссле дований на моделях насыпей, выполненных для случая, когда основание рельсов контактирует с исследуемым грунтом. Влияние ре льсовых нитей зависит от полуразносов питающих линий, ширины колеи и не зависит от высоты насыпи. Граф ик измене ния значе ний кажущихся сопротивлений в результате влияния рельсовых нитей приведе н на рис. 4. Искаже ния сопротивлений набл юдают ся в инте рвале разносов от АВ = 2,5с до АВ = 35с (с - ширина коле и). Максимальное искаже ние наблюдае тся при АВ = 1 2с и составляет 1 0 %. На участках дорог, где пере ходные сопротивления ме жду ре льсами и грунтом насыпи высокие, влияние рель совых нитей не учитывают.

Рис. 4. Влияние рельсовых ни т ей на ре зультаты эле ктромет рических изме ре ний:

ρб.р. - кажущееся сопротивление, изме ренное без рельсов; ρр - то же при наличии ре льсов

Особенности сейсморазведки

2.2 1 . П ров едени е сейсморазведки при обследовании насыпей имеет специфические особенности, обусловленные:

влиянием помех о т переменн ых токов сигнализации, прот екающих в рельсовых нитях;

влияни е м высокочастотной рельсовой волны;

присутствием на записях звуковой вол н ы;

наличием шпал и щебня на основной площадке.

2.22. Электрические помехи в рельсовых ни т ях предст авляют собой группу периодических колебаний с ча ст отой 50 Гц и длительн остью 0,2-0,3 с. Интенсивност ь пом ех зависит от расстояния между пунктом возбуждения и сейсм оприемником и удаления их от рел ьсовых ните й [ 8]. П ри сейсмичес ком профилировании вбл изи рел ьсовых нитей помехи затрудняют регистрац ию первых вступлений упругих волн только в случае попадания полезной част и записи в ин тервал помех. Это приводит к не обходимости повторной регистрации по казаний.

2.23. Высокоскоростная ( V > 5000 м/с) высокочастотная ( f = 300-500 Гц) волна, обусловл е нная распространением кол ебаний в рельсах, затрудняет регистрацию поле зных волн [ 8]. При использовании сейсмо стан ций эти пом ехи ликвидируются включением частотных фильтров.

2.24. Звуковая волна находится на осциллограммах ка к правило вблизи п ервых вступлений и име ет скорость распрос тр ан ени я, близкую к г рунтовой в олне , но от ли чается от по ле зной волны более высокой частот ой коле бани й ( f = 250-300 Гц ). Шпалы в носят иск аже ния волновой картины, в результате че го пе рвые вступле ния волн на фоне поме х практ иче ски невозм ожно обработа ть. Применение фильтраций позвол яет значите льн о ослаб ить влияние звук овой волны и помех от шпал.

2.25. Эксп е риментально уста новлен о, чт о для умень шения влияния помех необходимо для станции СС-24П вводит ь ча сто тную фильтрацию ФН Ч- 90, Ф ВЧ- 65, а для станци и «П оиск-1 -6/1 2 АСМ -ОВ» - ФН Ч-1 00 и ФВЧ-50. В этом случав полоса пропускания поле зных волн соста вит около 60-1 00 Гц.

2.26. По оси пути и м е ждупутью искажающее влияние помех меньше . Первы е вст упления от 5-6 се йсмо прие мников п ро слеживают ся даже бе з включенной фильтрации, хотя далее выде ление их на после дующих записях было затруднено. Поэтому инте рпрет ация проводится для после дующей надежной фазы головной волны с уч етом поправк и на эту фазу.

С удалением от рельсо ш паль ной решетки, начина я от обочины основной площадки, поме хи отсутствуют и се йсмические работы проводятся без включения блока фильтрации.

При сейсмической разведке откосов насыпей пом е хи практически н е наблюдаются. Это позволяет исп ользовать се йсмическую аппа рат уру без включенной фильтра ции. Качество записей упруг их волн получается удовлетворите льным, первые вступле ния во лн на осциллограммах четко прослеживаются.

2.27. При щ е беночной балластной призме контакт сейсмоприемников со щебнем неудовлетворительный. В таких слу чая х в местах установки сейсм оп риемнико в по профилю необходимо де лать небольшие лунки в щебне, засыпать их рыхлым грунтом и затем устанавливать в них сейсмоприемник и. Иногда целесообразно сейсм оприемники устанавливать на металличе ские диски. Минимальное расстояние между сейсмоприемни ками вдоль профиля в зоне рель сошпаль ной решетки составляет Δ X = 50 - 55 см (между двумя соседними шп альны ми ящиками).

2.28. Наличие на границе м е жду балластным слоем и грунтом насып и прослойки водонасыщ ен ного пе ска являе тся э краном для иссле довани я более глубоких слоев грунта.

3. ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКА

Вертикальные электрические зондирования (ВЭЗ)

3. 1. Основными задачами обследований насыпей методом ВЭЗ яв ляются:

расчл е не ние грунтов насыпи и основания по литологиче скому составу и состоянию;

установление величины осадки и кон ф игурации подошвы насыпи, возведе нной на слабых грунтах (илах, торфе, сапропелях, иольдиевы х глинах и др.) или на мерзлом протаивающем основании;

выявление мерзлых грунт о в, определение их мощности и глубины залегани я;

выявление закарстованн ы х зон в грунтах основания насыпи;

определение мощнос т и оползневых тел, осыпей, к уру мов на косогорах и др.

3.2. Для решения указанных задач применяют симм е тричные и трехэлект родны е уста новки ВЭЗ. Тре хэлект родны е установки используют на участках, примыкающих к искусственным сооружениям (тоннелям, мостам, водопропускн ым трубам и др.), и на высоких насыпях с малым радиусом кривых (от 1 50 до 500 м). Разносы питающих и приемных линий во всех случаях ориентируют вдоль земляного полот на. « Бесконечност ь» трехэлектродны х установок выносят перпендикулярно оси пути на расстояние не менее 5 AB .

3.3. Отношения последующих и предыдущих разносов питающих линий рекомендуется принимать равными от 1 ,2 до 1 ,4. Расстояния между приемными электродами выбирают согласно условию . Окончательный выбор значений полуразносов питающих AB и приемных MN линий опред е ляется расстояниями между осями шпальных ящиков, величина кото рых зависит от количества шпал, уложе нных на 1 км пути.

На железных дорогах, согласно СНиП II -Б .1 -62, в зависимости от их категории укладывают 1 600, 1 840 и 2000 шпал на 1 км. Расч ет ные значе ния полуразносов при емны х и пи тающих линий и коэффицие нтов устан ово к ВЭЗ при разном количест ве ш пал на 1 км приве дены в табл. 1.

На учас т ках с неравноме рной укладкой шпал места заземле ний при емных и питающих электродов часто не попа дают в ш пальные ящики. В этих случаях при AB < 1 2 м центр установок см ещают относите льно намеченной точки наблюде ний на 1 -2 ш пальны х ящика или пересчитывают коэфф ицие нты уста новок в зависимости от измене ния длины пита ющих и приемных линий. При AB > 1 2 м достаточно переместит ь на ширину шп алы т олько отде льные эле ктроды в сторону уменьшения разнос ов питающих линий. Ошибки в определении коэффициента K пр и этом не пре вышают 2-3 %.

3.4. При обследовании насыпей эл е ктрифицированных дорог на постоянном и пе ремен ном токе применяют низкочастотную аппаратуру АН Ч и ИКС. На откосах высоких насыпей элек трифицированных дорог и на участка х неэлектрифицированных дорог применяют так же аппаратуру на постоянном токе: ЭП-1, ЭСК-1 , ЭСК -71 или АЭ-72 (ЭСК-2М ).

В качеств е приемных и питающих электродов используют соот ветстве нно латунные и стальн ые стержни диаметром 20-30 мм и длиной 300- 400 мм.

Вместо ка т ушек применяют плоски е де ревянные или мета лличе ские рамы с изолированными гне здами, пре дназначен ными для подключения питающих эле ктродов. Конструкция деревянной рамы-катушки приведена на рис. 5. Катушка с проводом не пре вышает головки рельса и может оставатьс я на месте при подходе пое зда.

Рис . 5. Д ере вянная рама-кат ушк а, используемая при электрометрических обследованиях основной площадки насыпей

Таб л ица 1

Колич ес тво шпал на 1 км пути

n = 16 00

n = 18 40

n = 20 00

MN

AB/2

Kc

K тр .

MN

AB/2

Kc

K тр .

MN

AB/2

Kc

K тр .

1 ,2

1 ,25

3, 1 4

628

1

1 ,7

8,25

1 6,50

1

1 ,5

6 , 3

1 2,6

1 ,2

1 ,9

8,5

1 7,0

1

2,2

1 4,35

28,7

1

2,0

11 ,8

23 , 6

1 ,2

2,5

1 5,4

30,8

1

2,8

23,8

47,6

1

2,5

1 8,8

37, 6

1 ,2

3, 1

2 4,2

48,4

1

3,35

34,5

69,0

1

3,5

37,6

75, 2

1 ,2

4,4

49,7

99,4

1

4,4

60

1 20

1

4,5

62,8

1 25,6

1 ,2

6,25

1 01

202

1

6,05

11 3

226

1

6,0

11 2

224

1 ,2

8, 1

1 70

340

1

8,25

2 1 ,2

424

1

8,0

200

400

6,2

8, 1

2 8 ,2

56,4

5,6

8,25

33,6

67,2

6

8,0

28,8

57,6

6,2

11 ,25

59,2

11 8,4

5,6

11 ,0

63,3

1 26,6

6

11 ,0

58,6

11 7,2

1 ,2

11 ,25

330

660

1

11 ,0

380

760

1

11 ,0

38 0

760

6,2

1 5,0

1 09

2 1 8

5,6

1 4,85

11 9

238

6

1 5,0

11 3

226

6,2

20,0

1 97,5

395

5,6

20,0

220

440

6

20,0

205

4 1 0

6,2

26,0

337

674

5,6

26,0

374

74 6

6

26,0

349

698

6,2

34,0

580

11 60

5,6

34,0

640

1 280

6

34,0

600

1 200

6,2

45,0

1 020

2040

5,6

45,0

11 40

2280

6

45,0

1 060

2 1 20

Kc                      - ко э ффицие нт с имметричной уст ановки ВЭЗ;

K тр = 2 · Kc       - коэффицие нт трехэлектродной установки ВЭЗ.

3.5. Технология выполнения работ методом В ЭЗ на откосах и у основания насыпе й стандартная. При выполнении работ н а основной площадке измерите льную ап пара т уру и исто чники питания располагают н а обочинах, у бровок зе мляного полот на (рис. 6). Концы питающи х и приемны х линий це нтра установки при выполне нии ВЭЗ по оси пути при тягивают под рельса ми и подключают к из мерительной аппара туре и источникам пита ния. Центр установки закрепляют на де ревянно м колышке или вре менно з абитом гвозде в шп алу. Катушки с проводом питающих линий пе реносят одновре ме нно с э ле кт родами. Эле кт роды з абивают на такую глубину, чтобы ве рхние торцы их не превышали головки рельса.

Рис. 6. Схема разме щения обслужи вающе го персонала и оборудования установки ВЭЗ с низкочастотной аппаратурой на основной площадке:

1 - оператор-в ы числитель ; 2, 3, 5 - ра бочие; 4 - опе ратор; Г - ге не ратор; П - прие мни к; Б - источник питания; К - катуш ки; MN - приемн ы е электроды; А, В - питающие электроды

На участках с трудными условиями заземл е ний ще беночный балласт под эле ктродами выбирают до глубины залега ния подошв ы шпал. При больших переходных сопрот ивлениях между электродами и ба лластом в образовавшиеся лунки засыпают глинистый мате риал или заливают воду. После проведения наблюдений лунки засыпают щебнем.

Работы методом ВЭЗ выполня е т отряд из четырех челове к: опе рат ора, вычислите ля и двух рабочих. При обсле довании основной площадки дополните льно требуются два сигналист а. При подходе поезда установка ВЭЗ и аппа ратура остаютс я на месте, а обслуживающий персонал уходит на откосы насыпи.

3.6. Перед н ачалом и пос ле каждого за ме ра на участках эле кт рифицированных дорог определяю т урове нь помех Δ V п . Уров е нь помех вычитают из получе нных зна чений ΔV . В э т ом случае

,

гд е J - сила т ока.

Глубина иссл е дований з ав исит от уровня помех и их амплитуды. Увеличивать разносы питающих линий можно до пред е лов, пока соблюдае тся усло вие Δ V ≥ 3Δ V п при амплитуд е помех не боле е 20 -30 % от Δ V п . С низкочастотной аппаратурой на электрифициров а нных участках это условие соблюдае тся до разносов 60-80 м, что позволяет обсле дова ть насыпи высотою 1 5-20 м. На неэлект рифицированных дорогах глубина иссле дований больше и в основном определяется геоэлект риче скими условиями разреза.

3.7. Количество ВЭЗ на поперечнике насыпи определяет с я характером реша емых инженерно-геологических за дач, а также зависит от высоты насыпи и ширины основной площадки (количества путей на насыпи).

Зондирования об ы чно выполняют на оси пути, на обочинах на расстоянии 0,5-1 ,0 м от брово к и на от косах насыпи. На двух- и трехпутных линиях точки ВЭЗ до полнительно задают на междупутье. Максимальное коли чество точек наблюдений на основн ой площа дке однопутной насыпи соста вляе т 3, двухпут ной - 5, трехпутной - 7 и т.д. На откосах ВЭЗ выполняют при высоте насыпи более 3- 4 м. В зависимости от детальности обследования и характера решаемых задач расстояние ме жду т очкам и зондирования изменяют от 2 до 6 м. При обсл едовании насып ей, во зведенных на сл абы х грунтах (илах, сапропе лях, иоль диевы х глинах, торфе и др.), для установления возможн ого расползания погруженной час ти насыпи в стороны ВЭЗ дополнительно выполняют у основан ия откосов на расстоянии 0,5-0,7 м от подошвы насыпи.

Для определения электрических характ е ристик грунтов осн ования выполняют опорные ВЭЗ на расстоянии 5-1 0 м от подошвы насыпи. Данные опорных ВЭЗ используют при интерпрет аци и кри вых В ЭЗ, полу ченны х на насыпи .

Сх е ма ра сположе ния ВЭЗ на насыпи, возв еде нной на сл абых грунтах приведена на рис. 7. По данным ВЭЗ-1 30 и -1 34 уст анавливают распо лзание погруженной част и насыпи в стороны. ВЭЗ- 55 и - 57 являются опорными. По данным опорных ВЭЗ опреде ляют мощность торфа, супеси, илов и их удельную электропро водност ь.

3.8. Ра з бивку поперечников и планово-высотную привязку т оче к на блю де ний на насыпях высотой более 2 м производят инструментально. На основной площадке и откосах насыпей высотой менее 2 м привязку т очек ВЭЗ к пикетам обследуемого участка дороги можно осуществлять с помощью мерной ле нт ы и геодезиче ских реек. Отметки точек в этих случаях устанавливают относительно суще ствующ их головок ре льсов (СГР). Абсолютные отметки СГ Р снимают заранее с продол ьного профиля, чертеж которого имее тся в Упра влении дороги или дистанциях пут и.

3.9. Обраб от ка мате риалов ВЭЗ включае т вве дение попра вок за уровень помех и влияние конфигурации насыпи, конт рольный пересчет значений ρк и пос троение кривых ВЭЗ на стандартном билогарифм ическом бланке (на к альке).

При слабой дифф е ренциации грунтов по удел ьным эле кт рическим сопротивлениям п олученные кривые ВЭЗ или часть их трансформирую т в кривые зондирования методом вычитания полей (ЗМВП) [ 9] или дипольно-осевого зондиро ва ния (ДОЗ) [ 10].

Посл е введения поправок за урове нь помех и кон фигурацию насыпи кривые ВЭЗ практически сохран яю т свою форму, изме няются лишь значе ния кажущихс я уде льных электриче ских сопротивлений ρк. Введение поправок влияет, в основном, на результ ат ы опре де ления уде льных э лектричес ких сопротивлений иссле дуемых грунтов и в меньше й сте пени - на опреде ление мощности с лоев и глубин их залегания.

3. 1 0. Для количе ст ве нной интерпре тации ре зультатов В ЭЗ н е обходим о, чт обы мощност ь иссле дуе мых слоев грунта была больше половины глубины их залегания, протяже нность - не менее 5-6 глубин залегания, углы падения относитель но поверхност и насыпи не боле е 20- 30°, а удельные элект рич еские сопротив ления отличались от сопрот ивлений перекрывающих и подстилающих слое в не менее 1 ,3-1 ,4 раза. При нарушении э тих условий результаты ВЭЗ инте рпретируют качествен но.

3. 11 . Полевые кривые В ЭЗ, получе нн ые на нас ыпи, интерпре тируют обычным способом, применяя палетки вспомог ательных, двухслойн ых и т ре хслойных теоретических кривых ВЭЗ.

Геоэлек т ричес ки е разрезы насыпей, как правило, м ногослойные. Даже насыпи из однородного грунт а в нижн ей части имеют более низкие сопротивле ния всл едствие большего увлажнения, а в насыпях из крупнообломочного м ат ериала, возведенных на слабых основаниях, и за счет проникновения в погруженную часть насыпи ило ватых и глинистых час тиц.

Геоэлек т рическую модель песчано- глинистой нас ыпи можно п редст авит ь в следующем виде. Слой щебено чного балласта имеет сопротивле ние в несколько т ысяч Ом · м . Сопротивление песчаной подушки в зависимости от состава песка, содержания щебня, глинистости и увлажненности изме няется от 1 00 до 3000 Ом · м. Тело насыпи, сложенное гл инис тыми грунт ами, имеет сопротивле ние от 5 до 30, суглинками - от 1 0 до 60, супесями - от 40 до 1 00 Ом · м. У казанные пределы сопротивлений могут изменят ься в зависимос ти от изме нения минерализации грунтовых вод. Загрязне нны й баллас т имее т более низкие сопротивления, чем чистый.

Сопротивлени е мерзлых грунтов в теле насыпи в десятк и раз больше сопр отивле ния та лых. Оно зависит от состава, текстуры и льдистости грунтов. Изменен ие сопротивле ния тонкодисперсных грунтов при переходе от талых к мерзлы м не превышает 1 0 раз, к рупнообломочных обводненных дост игает нескольких со те н.

Кривые ВЭЗ, полученные на песчано-глинист ы х насыпях с вы сокоомны м осно ванием, име ют, в основн ом , типы QH и KQH . На о т косах этих насыпей получа ют кривые т ипа H , при нали ч ии ба лластных шле йфов - типа QH .

Рис. 7. Сх е ма расположения В ЭЗ на насыпи, возведенной на слабых грунтах:

а - пер е ход М ; б - переход X ;

 - насыпь;  - торф;  - супесь иловатая;  - ил;  - галька и гравий с песком;  - тр е щиноватый база льт; -·-· отметка земли до отсыпки насыпи; --- основание нас ыпи по данным бурения

На насыпях, о т сыпанных из крупнообломочного мат ериала или песка на низкоомные основа ния (глины, илы и др.), получают кривые типа QQ и ли KQQ . При неоднородном л ит ологиче ско м составе и различном состоянии грунтов насыпи кривые ВЭЗ могут име ть другие типы, соответствующие более сложным, м ногослойным геоэлектрич еским ра зреза м.

3. 1 2. Кривые ВЭЗ, х арактерные для нас ыпи с низкоомным основание м, п ри ве ден ы на рис. 8. В дан ном случае на сыпь отсыпана из глыб и щебня баз альта с суглинистым з апол нител ем на торф и морские илы, которые подсти лаются трещиноватыми обводненными базальтами. Кривые ВЭЗ-1 32 и -58, имеют типы QQ ′ H и KQ ′ H , где абсцисс ы эквива лентных точек Q ′ с учетом их смещения соответс твую т глубине залегания подош вы на сыпи. Для более точного определ ения координат точек Q ′ , а сле дова тельно, и величины осадки насыпи в сла бые грунты используют способ последовательных приближений [ 11]. Сущность его заключается в интерпретации кривых ВЭЗ в обратной последовательности, на чи н ая с опорного горизонт а, в данном с лучае - с кровли ба зальт ов. Сведе ни я о глубине зале гания кровли базальт ов, мощности и сопрот ивления перекрывающих их илов и торфа получают по данным опорных ВЭЗ. На кривой ВЭЗ, полученной на насыпи, уст анавливают по данным опорных ВЭЗ абсциссу т очки H , соотв е тствующую кровле опорного горизонта. Ординату эт ой точки определяют по положе нию креста двухслойной палетки при наилучшем совпадении одной из ее восходящих ветвей с правой ве твью эксперимент альной кривой. Далее , перемещая двухслойную палетку по бланку с пра ктиче ской кривой ВЭЗ, добиваются наилучшего совпадения одной из ее нисходящих ветвей с нижней частью ниспа дающей ве тви практиче ской кривой при со блюдении условия, что асимпт ота палеточной кривой оказывается совмещенной с ординатой, равной уде льному сопротивле нию илов ρ4. Крест двухслойной па лет ки при этом совпадении условно принимают за точку Q ′ . Для проверки правильности да нного предположения точку Q ′ накладывают на крест вспомогательной палетки ZCH . Если при этом точка H ложится на вспомогательную кривую с модулем  (ρ Q - ордината точки Q ′), то координаты точки Q ′ оп ре делены правильно. В противном случае ве личину μ 4 коррек т ируют путем последова тельного наложения палеточных кривых с разными модулями на соотве тствующую часть практиче ской кривой.

Способ последовательных приближений можно использова т ь для опре де ле ния абсциссы точки Q ′ , соответст вующей подошве балластного слоя песчано-глинис тых насыпей. В этом случае в качестве опорных принимаются ВЭЗ, выполне нные на насыпи в точках, г де отсутствует балластный слой.

3 .1 3. Есл и насыпь возведена на торфе или с упеси , с опротивле ния которых близки к сопротивлению грунтов насыпи, а подстилаются они более высокопроводными грунтами (илами, глинами или сапропелями), то нижн яя увлажнен ная часть насыпи и торф или суп ес ь определяются на кривых ВЭЗ как один геоэлектрический горизонт. В этом случае мощнос ть т орфа и супеси устанавливают по данным опорных ВЭ З, выполне нных в стороне от насыпи, учитывая величину их сжатия по д мас сой тел а н асыпи , и вычит ают ее и з суммарной мощности насыпи, торфа и супеси , полученн ой по данным ВЭЗ [ 11 ]. Таким образом опр е де ляют величину осадки и конфигурацию подошвы насыпи.

Рис . 8. К ривые ВЭЗ-1 32 и -58 полученные на оси н асыпи, возведенной из крупнообломочного мате риала на слабых грунтах, и кривая ВЭ З-57, полученная на торфе

 - насыпь;  - супесь иловатая;   - торф;  - ил;  - разрушенный база льт

3. 1 4. Результаты ВЭЗ предст авляют в отчетах виде геоэлектрических разрезов по попере чникам и вдоль оси насыпи. На ра зрезах приводят значения удельных электрических сопротивлений ге оэл ектрических горизонтов и дают их геологическое толкование. В ни жней части чертежа указывают расстояния между точками ВЭЗ в метрах, абсолютные или от носительные отметки и привя зки их к пикетам исследуемого уча стка дороги.

К отчету прилагаются бланки с полевыми кривыми ВЭЗ и ведомость их интерпретации.

3. 1 5. По данным опорных ВЭЗ, выполненных у скважин, максимальные ошибки в опреде ле нии мощности и удельных сопр от ивлени й иссле дуемых слоев соста вляют 1 5-1 7 %.

Электропрофилирование (ЭП)

3. 1 6. Ме тодом ЭП решают следующие задачи:

выявляют и оконтуривают в плане локальные неоднородности в тел е насыпи (грязе вые мешки, гнезда, линзы подземных ль дов, мерзлые породы и др.);

определяют толщину балластного слоя и границы распростр а нения бал ласт ных шлейфов;

прослеживают изменения состава и состояния грунта п о площади;

выявляю т и оконтуривают суфф озионны е полости, подземные льды, вечномерзлые грунты, закарстованные участки в основа нии насыпи.

3. 1 7. Применяют установки симметричного электропрофилирования с двумя разносами питающих линий по схеме AA ′ MNB ′ B .

Разносы пи т ающих и прие мных линий, как обычно, устанавливают по кривым опорных ВЭЗ, ис ходя из ха рактера ре шаемых задач и зада нной глубины исследования. При обс ледовании балластного слоя разносы A ′ B ′ принимают равными примерно двойной толщине этого слоя, а AB = 2 · A ′ B ′ . П ри выявлен ии и оконтуривании мерзлых пород A ′ B ′ при ни мают равным дво йной глубине залегания кровли ме рзлых пород, а AB = 3÷5 A ′ B ′. При таки х разносах получают на иболе е четкие ан омалии ρ к над мерзлыми грунтами.

3. 1 8. При обсл едо вании основной площадки насыпи разносы в соотве тствии с поставленными задачами уточняют по табл. 1 .

Провода питающих и приемных линий соединяют в одну косу. На концах линий составляют выводы по 20-30 см для подключения электродов. В центре установки вывод оставляют длиной до 1 5 м. Э то позволяе т при одном и том же расположении измерительной аппаратуры выполнять набл юдения по профилю в 1 0-12 точках. А ппара туру и оборудование при методе ЭП применяют те же, ч то и при методе ВЭЗ (см. п. 3.4).

3. 1 9. Установку ЭП обсл уживают 5 челове к: оператор, вычислит ель и трое рабочих. На основной площадке до полни тель но т ребуется два сигналиста. При выполнении работ по оси пути оператор и вычислитель с измерительной аппарат урой и источником питания пере двигаются по обочине насыпи. Один рабочий работает в центре установки, два - на концах питающих линий. Электроды забива ют на такую глубину, чтобы ве рхние торцы их не пре вышали головки рельса. При подходе поезда установка остается на оси пути, аппаратура и источники питания - на обочине, о бслуживающий пе рсонал уходит на откосы насыпи.

Работы на откосах насыпей выполняют бе з сигналистов; технология проведения ЭП общепринятая.

При выпо л не нии ЭП на основной площадке электрифицированных линий учитывают влияния помех и вносят поправки за влияние конфигурации насыпи так же, как и при зондировани и (см. п. 3.6).

Электропрофили располагаю т вдоль оси пути и на обочинах. На откосах высоких насыпе й, при определении границ распростране ния балластных шлейфов, эле ктроп рофили располагают как вдоль, так и вкрест земляного полотна.

Разбивку профиле й и планово-высотную привязк у точек наблюдений осущ ествляю т согласно п. 3.8.

3 .2 0. Ре зультаты ЭП предста вляют в виде гра фиков кажущихся удельных электрических сопротивле ний ρк. Горизонтал ьный масш таб графика опре деляется заданным масштабом исследований. Вертикальный масштаб выбирают с учетом наглядности выделе ния по лученных аномалий. При этом отклонения в значениях ρк, обусловле нных погре шностями наблюдений, должны составлять 1 -5 мм. Наиболее удобным для построения графиков ЭП является логарифмический масшта б с модулем 6,25 см.

Графики ρк, соответствующие большему разносу, вычерчивают сплошной линией, меньше м у - пунктирной. Под графика ми в том же гориз онтальном масштабе изображают схему расположения электродов установки.

По результатам площадного обследования насыпи и гру н тов ос нования составляют карты равных сопрот ивле ний. М асшт абы карт и го ризонтальные масш табы гра фиков и геоэлектрических разре зов в этих случаях принима ются одинаковыми.

3.2 1. Качестве нная интерпретация результатов ЭП включает учет искажений, вызванных поме хами и влияние м конфигурации насыпи, выделе ние аномалий, п рослеживание и ок онт уривание по площади вы явле нны х нео днородностей и их геоло гическое истолкование.

Если по данным выработок или ВЭ З исследуемый слой име ет постоянную мощность, то по результатам ЭП можно проследить изме нение его состава или с остояния. В балластном слое высокими сопротивлениями характеризуются одно родные слабовлажные пески, низкими - глинистые или обводненные пески. Углубления в подошве песча ной подушки вызывают повыш ение значений к ажущихся удельных электрических сопротивлений, уменьшение мощности этого слоя - их понижение.

По данным ЭП опр е деляют границы распростране ния балл астных шлейфов на отко сы насыпей. Граф ик ЭП, по лученный с о дним ра зносом питающей линии на двухпутной насыпи высотой 1 2 м, п риведен на рис. 9. Границы распространения пе счаной подушки на графике четко опреде ляются по анома лии повышенных соп рот ивлений. Пе счаный слой на насыпи п ервого пути характеризуе тся более низкими сопротивлениями, чем на насыпи второго пути. Это обусловлено загрязне ние м песка на первом пути, включением глинистых частиц и на личием в песке маломощных прослоев супесей и с угл инков. Удел ьно е с опро тивл ени е грунтов на сыпи вто рого пути примерно в 2 ра за больш е, чем перво го.

3.22. По результатам симм е тричного электропрофилирования, используя специальные номограммы, можно определить толщину балласт ного слоя.

Номограмма [ 12], выражающая зависимость h = f ( a , L 1 , L 2 ) ( h - мощность балластного слоя,  - отношение сопротивлений, полученных при р а зносах A ′ B ′ = L 1 , AB = L 2 ) приведена на рис. 10. Номограмму используют при условии, когд а:

отношение уд е льного электрического сопротивления ρ 2 грунт а насыпи, подстилающе го балластный слой, к уде льному сопротивле ни ю балластного ма териала ρ 1 не превышает  [ 12 ];

меньший полуразнос питающ е й линии соизмерим с мощностью балластного слоя L 2 / L 1 =2.

Рис. 9. Аномалия ρк, полученная над песчаной подушкой насыпи по результ а там электропрофилирования

 - песок;  - песок с прим е сью глинистых частиц;  - суглинок; цифры в кружочках - сопротивл е ние грунта Ом · м; ---- - откос насыпи пе рвого пути

Для удобства инт е рполяции приведенных граф иков вме сто μ = 0 можно принять . Если, например, насыпь возведена из глинистых грунтов с сопрот ивление м 10 Ом · м , а балластный слой пре дставле н песками с сопротивлением 600 Ом · м , то , что соответствует примерно  расстояния между кривыми μ = 0 и . П ри измене нии мощности балластного слоя от 2 до 3 м размеры питающих линий принимают равными: L 1 = 5 и L 2 = 10 м. Если кажущиеся соп рот ивления ρк1 = 300 Ом · м, а ρк2 = 100 Ом · м, то . Тогда для   отн ош ен ие . Следовательно, мощност ь балластного слоя буд е т равна

h = ( L 1 · 0,81 ) : 2 = (5 · 0, 8 1 ) : 2 = 2,0 м.

Рис. 1 0 . Граф ик зависимости  п ри   ( по Горохо вскому В. М .):

- μ = 0; --- ; ρк1 - кажущееся сопротивле ние , получе нное с разносом L 1 ; ρ к2 - т о же с разносом L 2

3.23. Бол е е широкий диапазон отношений уде ль ны х электрических сопротивлений  охватывают номограммы Милош а К аро уса 13 (рис. 11). Но при использовании эт их н омограмм не обходимо уч итывать удельное элект ричес кое сопротивление ρ2 грунт а насыпи, подстилающе го балластный слой, кото ро е, как прави ло, определяют по данным опорн ых ВЭЗ.

Номограмма сос тавле на для случая, когда ρ1 > ρ 2 и .

Рис. 11 . Но могр амма двойного электр опрофили рования Д - ρ2 - 2, ρ1 > ρ2. (по М илошу К ароусу):

ц ифры в кружочках h / L 1 ; без кружочков ρ21

П о оси ординат в логарифмическом м асштабе отложены значения отношений , по оси абсцисс . Кривые ном ограммы построены по модулям  и .

Для опр е делен ия мощности и удельного эле кт рического сопротивления баллас тного материала по из вест ным ρк1, ρк2, ρ2 и на монограмме находят точку с координатами ρк1к2 и ρк1к2 и проходящие чере з нее кривые с модулями h / L 1 и ρ 2 / ρ 1 .

Зная значение L 1 , по первому модулю определяют т олщину ба лластного слоя, по второму - его удельное эле ктрическое сопротивле ние.

3.24. Пред л оженные способы количе ст ве нной инте рпре тации результатов ЭП с двумя разносами питающих линий це лесообраз но применять при т олщине балластного слоя более 1 -1 ,5 м . Их мож но приме нят ь также и дл я опре де ле ния глубины зале гания и конфи гурации по дошвы насыпи, возве де нной на с лабых грунт ах, но при ус ловии ре зкой дифференциации грунтов насыпи и основания по уде льным сопрот ивле ниям. Лучшие условия будут при .

3.25. Максимальные ошибки в определ е нии мощности дренирующего слоя предложенными способами по данным конт рольно го буре ния составляют 1 7-20 %.

Пример опред е ления мощности дренирующего слоя по данным ЭП приве ден в приложе нии 1.

Электроконтактное зондирование (ЭКЗ)

3.26. П есчано-глини стые насыпи, соде ржание крупнообломочного мате риа ла в которых не п ре выш ает 40 %, о бследуют мет одом ЭКЗ до глубины 5-7 м.

Основные задачи, реш а емые эт им мет одом, следующие :

опр е делен ие т олщины балластного слоя, границ распрос транения и мощност и балластных шлейфов;

в ы явление и оконтурива ние балластных лож, корыт, мешков и гне зд, установление их разме ров и конфигурации;

расчл е не ние тела нас ыпи по литол ог иче скому составу и с остоянию грунта;

установл е ние ве личины осадки и конфигурации подошвы нас ыпи , возведенной на слабых грунтах.

По сравнению с ме т ода ми ВЭЗ и ЭП мет од ЭКЗ более трудоемкий, приводит к нез начительным наруше ниям земляного полот на, но позволяе т определять границы грунт ов различного литологического сос тава и ли состояния с большей точностью. Его применяют для иссле дования грунтов, обладающих величиною условного дина мического сопротивления не более 1 40 кгс/см2.

3.27. Су щ ность метода ЭКЗ заключает ся в ди скрет ном измерении силы ток а, пропус каемого в ис следуемый грунт через изолированные контакты, при пост епе нном погруже нии дли нного мет алличе ского стержня - под вижного эле ктрода [ 1, 14].

П одвижные электроды приме няют дв ух типов: ци линд ричес кие с двумя изолированн ыми контактами, расположенными в нижней конической част и наконе чника, и конические с одним изолирова нным контактом. Принципиал ьна я электрическая схе ма изме ре ний с эт ими типами эле ктродов приве дена на рис. 12.

Рис. 12. Эл е ктрические схемы измерений с одноконта ктным (а) и двухконтактным (б) наконечниками подвижных электродов уст анов ки Э КЗ:

A , A ′, B ′ - изолированные контакты; B - неподвижный электрод; Б -источник питания; A - и з ме рител ьны й прибор; R бал . - ба лластное сопротивление

Силу тока изм ер яют серийными геофизически ми приборами ЭСК-1 , ге нератором АН Ч-1 или специально разработ анным прибо ром ИТ-73.

Для изготовл е ния подвижных эле ктродов исполь зуют толстостенные бесш овны е холоднот янут ые трубы размерами 22×6 по ГОСТ 8734-58. При использовании труб с ме ньшей толщиной сте нок (22×5) на торцах отдел ьных звень ев элект род а де лают переходные муфты. Подвиж ные элект роды, состоящие из коротких звеньев, длиной 0,25 и 0,5 м, п римен яют на основной площадке; эле ктроды , состо ящие из ме тровых звен ье в - на обочинах и откосах насыпей.

Пр и выполне нии зондирования с одноконт акт ным кониче ским эле ктродом в качестве неподвижного электрода используют металлич еские стержни диа метром 1 5-25 мм и длиною 30- 40 см.

Погружают подвижные электроды ударами груза, сколь з ящего по направляющей штанге упора. Груз поднимают руками. Массу груза в зависимости от плотност и грунта и глубины зондирования принимают равной 5, 7 и 1 0 кг.

Извлек а ют подвижные эле ктроды с помощью специального устройства, состоящего из рычага и самозахватывающих ме ханизмов.

Описания конструкции ус т ановки ЭК З и эле кт рической схемы изме рите льного прибора ИТ -73 приве де ны в прило же ниях 2 и 3.

3.28. Технология проведения работ м е тодом ЭКЗ с ледующая. В точке наблюдений первое зве но с наконе чником погружают в грунт на глубину 20-30 см. В пре де ла х шп альной ре ше тки пре два рите льно выбирают балласт до глубины заложения шпал, а затем в образовавшуюся лунку погружаю т электрод. Провод, идущий от наконе чника, протаскивают чере з оставшиеся звенья электрода, количество кот орых опре де ляется заданной глубиной иссле дования.

На верхний торец погруж е нного первого звена электрода одевают упор для груза. По направляюще й штанге на упор опускают груз. Пров од подключают к изме рите ль ному прибору. Неподвижный электрод при работе с одноконтактным наконечником относят от подвижного эле ктрода на ра сстояние, равное 2-3 глубинам исследования.

Пер е д началом измерений на приборе ИТ-73 потенциом етром устанавливают необходимое напряжение на выходе прибора (см. п риложение 3). На генераторе АН Ч-1 проверяют напряжение питающе й ба тареи и устана вливают регулятор выходного тока в положение 2, а потенциометр точной настройки выводят в нуле вое положение . Уста новле нные положения ре гу лятора и потенциометра на генераторе АНЧ-1 остаю тся постоянными при проведении исследований на все м участке работ. После подготовит ельных операций приступают к замерам силы т ока, проп уск аемого через иссле дуе мый грунт . При н аращива ни и нового звена электрода ток замеряют т оль ко в следующ ем залоге после погружения эле ктрода.

За глубиною погруж е ния подвижного элект рода наблюд ают по отме ткам, на несенным на штангах че рез каждые 5 и 1 0 см. Для удобства от счетов можно исп ольз овать деревянную линейку, установленную рядом с эле кт родом. В этом случа е отсче ты опре деляют по верхнему торцу э лектрода.

Шаг на блюдений или залог при зондировании сравнительно однородных слоев грунта мощност ью более 1 м принимают равным 1 0 см. Для выявления м аломощных прослоев и для повышения точности определения глубины залегания литоло ги ческ их границ шаг уменьшают до 5 см.

3.29. Установку ЭКЗ обслуживаю т три человека : оператор и двое рабочих. Опе ратор изме ряе т силу тока и ведет запись в полевом журнале. Один из рабочих ударами груза погруж ает электрод, второй - следит за глубин ою погружения. Через каждый мет р п огружения электрода ра бочие меняются местами. Для выполнения работ н а основной площадке дополнительно требуется два сигналиста.

При выполнении зондирования на оси пути или у вну т ренней стороны рельса, соединительные провода на ходятся под рельсами. Оператор с измеритель ной аппа ратурой в этом случае находится на обочине насыпи. При приближении п оезда эл ектр од погружают (без замеров) до уровня головки рельса или отсоединяют верхнее звено элект рода (на отсоедине ние одного звена требуется 1 5 с). Упор для груза и груз укладывают рядом с электродом, рабочие отходят на откос насыпи.

Если приближение по е зда совпало с момент ом извле чения эле ктрода, то в первую оче ре дь после погружения электрода до уровня головки рельса снимают упор груза и отсоединяют рычаг извлекающего устройства. Само извлекающее устройство бе з рычага по высоте не превыш ае т головки рель са и не создает поме х проходящим поездам. Длина извле кае мых звеньев на откосах и обочине нас ыпи не должна быть более 2 м. В пределах рельсошп альной ре шет ки сразу же после и з вле че ния отс ое диняют каждое звено эл ектрода. Зондирование на ос новной площадке с цилиндрическими электродам и можно проводит ь при минимальном интервале между проходящими пое здами не ме нее 20, с кониче скими - не менее 1 0 мин. При инте рвале между поез дами, меньше м 1 0 мин, зондирование на ос новной площадке проводить не ре комендуе тся.

3.30. Количество точек зондирований на поп е ре чнике определяется ха рактером решаемых инженерно-геологических задач и зависит от высоты обследуемой насыпи. Обычно ЭК З выполняют на обочинах н асыпе й, у ре льсов и по оси пути. На откосах насыпей расстояния между точками наблюдений принимают ра вными 1 ,5-2 м. Порядок нумерации точек наблюдений по поперечнику однопутной насыпи рекомендуется принимать следующим: на правой обочине ЭК З-1 , у правого рель са - ЭК З-2, по оси пути ЭКЗ -3, у левого рельса - ЭК З-4 , на левой обочине - ЭК З-5. На откосах насыпей т очки наблюдений соответственно нумеровать ЭКЗ-1 , -1а , -1б и т.д. для правого откоса и ЭКЗ-5, - 5а, -5б и т.д. для левого откоса (рис. 13 ). На каждом поп е ре чн ике ну мерация т очек повт оряет ся. На основной площадке двухпутной линии номера точек ЭКЗ будут из меняться от 1 до 9, на откосах они соответственно будут: 1а , 1б, 1в .... 9а , 9б , 9в и т .д.

Планово-высотную привязку точек ЭКЗ осуществляют согласно п . 3.13.

3.3 1 . При выполнении ра бот с помощью уст ановки ЭКЗ с одноконтактным наконечником на силу тока в значит е льной степени влияют условия з азе мления неподвижного электрода. Уменьшить это влияние можно введение м в цепь тока большого ба лластного сопротивления R бал или подключ е нием цепи не подвижн ого электрода к корпусу подвижного эле ктрода (см. р ис. 12). Для улучшения сопоставимости мате риалов, получае мых в разных точках ЭКЗ, следует дела ть измерения в э тих точках по возможн ости при одном и том ж е положении неподвижного электрода.

Расчл е нять песчано-глинистые разрезы и определять характеристики грунтов по результа там измерений с одн оконтакт ным наконе чником можно т олько по относител ьн ому изменен ию силы т ока.

Рис. 13. Схема расположения и порядок нумерации точ е к ЭКЗ при обсле дов ании насыпи однопут ной линии

Р е зульт аты расчленения ве рхне й части насыпи по данным ЭКЗ, полученным с одноконта ктным наконе чником, приведены на рис. 14. Ошибка в опре делении подошвы слоя щебенистого балласта и песчаной подушки, согласно да нным контроль но го шурфа при шаге наблюдений 5 см, не превышае т 2,5 см. Изменение силы тока в слое песка связано с изменением грануломе трического состава: че м больше содержа ние пылеваты х частиц, тем больше величина измеряемого тока .

В однородных обводненных песках по данным ЭКЗ уверенно определяется верхняя граница капил л ярного поднятия, а урове нь грунтовых вод опре деляется не четко (см. р ис. 14, б ).

3.32. Применение двухконтактного наконечника в компл е ксе с прибором ИТ-73 позволяет по силе тока определят ь удельную электропроводность исследуе мых грунтов (рис. 15).

Полученные гр а фики показывают возможность установле ния корре ляционной связи между измеряемой силой тока и составом или состояние м исследуемого грунта.

Согласно типичным геоэлектрическим разрезам песчано-глинист ы х насыпей (см. п. 3.18) в ще беночном балласте сила тока может быть не бол ее 0,0 5 мА, в песке - от 0,02 до 0,3 мА, в суглинках - от 0,4 до 1 мА, в глина х - от 0,6 до 1 ,2 мА. В за висимости от мине рализации грунтовы х вод и за грязне нност и балласта ук азанные пределы могут изменят ься. Так, в обводненных песках с изме нение м мине рализации воды от 1 до 2 г/л ток увеличивает ся от 0,4 до 0,6 мА. При сильном загрязне нии балласт а е го электропроводность увеличивается в 2-3 ра за.

Рис. 14. Опред е ление мощности балластного слоя (а) и уровня капил лярн ог о поднятия грунтовых вод (б) по результатам зондирования с одноконтактным наконечником

 - щебе нь ;  - песок;  - суглинок; УГ В - уровень грунтовых вод; УК П - уровень ка пиллярного поднятия;  границы по данным шурфа

По графикам тока можно опр е делить минерализацию воды в выработ ке, источнике и водоеме, вводя соответствующие поправки на температуру и тип воды.

3.33. Результаты изм е рений методом Э КЗ заносят в поле вой журнал. Форма журна ла и образе ц е го заполнения приведены в приложении 4 . При з аписях результатов измере ний рекомендуется сразу же строить график изменения силы тока по глубине изучаемого разреза. Границы слоев раз личного литологического состава устанавливают по сре дне й части изгиба кривой тока. При определении глубины положения зеркала грунтовых вод в песке, необходимо к глубине, отвечающе й изгибу, добавить высоту капил лярного поднятия, харак т е рную для данного песка.

Рис. 15. Графики зависимости силы тока от уд е льного эле ктриче ского сопрот ивлени я раствор а NaCl для двухконтактных наконечников с разным диам е тром контактов, мм ( сопротив лени е раствора NaCl приведено для t = 1 8 °С):

-·-· график полученный при d = 1 2; - п ри d = 9; о - с ила т ока и сопротивле ние образц а грунт а при d = 1 2; ٱ - то же при d = 9

Р е зультаты интерпрет ации ЭК З пе ре носят зат ем в сводную ве домост ь инже нерно-геологическог о обследования насыпи. Данные ЭКЗ в ведомости приводятся вме сте с данными контрольного бурения и шурфования, объем которых составляет 1 0 % от объе ма зондирования.

3.34. Ме т од ЭКЗ целесообразно примен ять при г лубине зон дирования более 0,5 м. При меньшей глубине проще и скорее проходить расчистки или за копушки. М аксим альная глубина зондирований зависит от плотно ст и исследуемых грунтов и составляет в сре днем 7 м. Производите льность работ с ус тановкой ЭКЗ составляет приме рно 30 пог. м в смену. При обс ледовании осно вной площадки о на во мног ом за висит от коли чества проходящих в раб очую с ме ну поездов. Погре шность в определ ении искомых границ при ра зличии исследуемых грунтов по удел ьному сопро тивл ению в 1 ,5 и бол ее раза не превышает ±5 см при шаге на бл юдений 1 0 см и ± 2,5 см - при ша ге на бл юдений 5 см. При нечеткой границ е разд ела, например проник но вении щебня бал ластной призмы в песчаную подушку, точность определения границ снижается в 2-3 раза.

Электродинамическое зондирование (ЭДЗ)

3.35. Ме т оды ЭДЗ решают задачи, указанные в п. 3.26. Кроме того, его применяют:

для выявления ослабленных зон в теле насыпи, определения их мощности и глубины залегания;

для определ е ния от носительной плотност и песчаных грунт ов, и зме нения консисте нции глинис тых г рунтов , дин ами ческо й ус тойчивости песчаных грунтов ос нования, н ас ыще нн ых водой;

для установления мощности опол з не вых тел на косогорах и др.

3.36. Ме т од ЭДЗ сочетает электроконтактное зондирование и динамическую пе нет рацию . Для его выполне ния используют установку ЭКЗ с двухконтактным наконечником, цилиндрическим подвижным эле ктродом и изме рительным прибором ИТ-73.Н аконечник применяют конический, с поперечным сече нием основания 1 0 см2 и углом при ве ршина 60°. Изолированные конт акты выполне ны заподлицо с коническо й поверхн остью наконе чника.

Величину условного динамического сопротивления определяют по количеству постоянных по силе ударов груза, необходимых для погруж е ния электрода на глубину 1 0 см. Для э того груз массо й 10 кг сбрасывают с высоты 0,5 м. ЭДЗ так же, как и ЭКЗ приме няют для обследования песчано-глинисты х насыпей с с одержание м крупнообломочного материала не более 40 % и сопротивлением грунтов дина мической пенетрации не более 1 40 кгс/см2, что соответствуе т примерно 45 удара м груза при по груж ении эле ктрода на 1 0 см. Данные динам ической пене трации до глубины 0,5 м в расчет не принимают.

Совм е стная инте рпре тация графиков тока и пе нетрац ии по зволяет получить более однозначную и полную информацию о составе и состоянии иссле дуемых грунтов, чем интерпретация каждого графика в отдельности.

3.37. Технология выполн е ния работ методом ЭДЗ сле дующая. Перед началом зондирования пе рвое звено подвижного электрода с двухконтактным наконечником погружают в ис следуе мый грунт на глубину 30-50 см легкими по силе ударами (при высоте подъем а груза 20-30 см). Ве ртикальность электрода проверяют по отвесу. При наращивании последующих звенье в эле ктрод поворачивают с помощью ключа вокруг оси по часовой стрелке. Затруднение при повороте свиде тельствует об искривлении электрода. В этом случае электрод извле ка ют и зондирование повторяют заново. Глубину погруже ния эле ктрода (зонда) определяют с точностью до ± 0,5 см по отме ткам, нане сенным на штангах, или по спе циальной ре йке.

Зондирования производят н е пре рывно до заданной глубины исследования или резкого увеличения количе ства ударов в залоге. Зондирование це ле сообразно производить, если для погружения электрода на глубину 1 0 см тре буется н е более 50 ударов.

ЭДЗ выполняют , в основном, на обочинах и откосах на сыпей, применяя звенья подвиж н ого эле кт рода дл иной 1 м .

На о с новной площадке, в особенности в преде лах рель сошпал ьн ой ре шетки, ЭДЗ приме няют в с лучаях, е сли время между п рох одящими поез дами не ме не е 20 мин. При этом применяют звенья подвижного электрода длиной 0,25-0,5 м.

Для получения опорных данных часть ЭДЗ выполняют у имеющихся опорных выработок (скважин, шурфов) на р а сст оянии от них не ближе 1 и не далее 5 м.

Нумерацию точек ЭДЗ и планово-высотную привязку их выполняют по пп . 3.30 и 3.13.

3.38. При выполнении ЭДЗ определяют количество постоянных по силе ударов в з а логе и изме ряют силу тока в миллиамперах, которые заносят в полевой журн ал (с м. п рил ожен ие 4). По окончании зондирования в полевом журнале фиксируют характер усилий, прилагаемых для извлечения подвижного электрода ( «легко», «трудно», с нара щиванием рычага или без, с использованием одного самозахватывающего механизма или двух-трех), и указывают интервалы глубин, в которых замече н прихват на конечника.

Количество постоянных по силе ударов затем представляют в виде у с тановленного динамического сопротивле ния с уче том основных п араме тров приме няе мых установок ЭКЗ, согласно СН 448-72 [ 15] , по формуле

,                                        (2)

где Мг -   масса груз а, кг;

Мэ -    суммарная масса подвижного электрода и упора для груза, кг ;

S -       площадь поп е речного сечения основания наконечника, см;

H -     высо т а падения груза, см;

h -      глубина погружения электрода за з а лог (шаг наблюдения), см;

n -       количество ударов в залоге;

e -       коэффициент учета упругого характера удара груза и зонда (электрода), принимаемый равным 0,56;

Ф -      ко э ффи цие нт учет а трения штанг о грунт.

Коэффици е нт Ф определ яют э кспериме нт аль но по данным двух сопоставительных з ондирован ий, одно из которы х выполняется в разбуривае мой по инте рвалам скважине. При соотношении диамет ра наконе чника и диаме тра несущих штанг боле е 1 ,6 величину Ф для песчано-глинисты х грунтов до глубины 5-7 м можн о при нят ь рав ной 1. При зон ди ровании мелких и средней крупнос ти песков, нас ыщ ен ных водой, значение Ф определяю т по табл. 2.

Таблица 2

Ин те рв ал ы глубины зондирования, м

0,5- 1 ,5

1 ,5- 4

4 - 8

8- 1 0

Значения Ф

1

0,92

0,84

0,8

3.39. Если второй и третий множи те ли в формуле ( 2) выразит ь через один множитель M , т о ее можно представит ь

Рд = M · n .                                                                   (3)

Значение М рассчитывают по интервала м глубин, соотве тствующим длине отде льных зв еньев подвижного эле ктрода. Значения Мг и Мэ можно определить по основным параметрам двух установок ЭК З, приведенных в табл. 3.

Таблица 3

Оборудование и его характеристика

О с новные параметры установок

первой

в т орой

Наконечни к

г е ометриче ская форма конструкции

Конус с углом при вер ши не 60°

диаметр основания, мм

35,7

35,7

масса, кг

0,35

0,35

Зв е нья подвижного электрода

наружный диаметр, мм

22

22

внутренний диаме тр, м м

1 0

1 2

длина первого звен а, м

1, 5

1

м ас са первого звена, к г

3,4

1 ,95

д л ина каждого последующего звена, м

1

1

масса каждого пос л едующ его звена, кг

2,4

2,05

Груз

высо т а паде ния, м

0,5

0,5

масса, кг

1 0

1 0

Упор для груза массой, кг

5,35

4,65

Пер ех одник массой, кг

0,65

-

Зн а чения M для п е рвой и вт орой установок приве де ны в табл. 4 (h′ = 1 0 см , S = 1 0 см 2 , Ф = 1 , e = 0,5 ).

Т а блица 4

Номер зв ен а

П е рвая установка

Вторая установка

Интервал глубин, см

M

Интерв а л глубин, см

M

1

0 -1 40

3,30

0 - 80

3,59

2

1 40- 240

3, 11

80 -1 80

3,37

3

240 - 340

2,96

1 80- 280

3,20

4

340 - 440

2,8 4

280-380

3,05

5

440 - 540

2,73

380 - 480

2,96

6

540 - 640

2,65

480 - 580

2,83

7

640 - 740

2,57

580 - 680

2,74

8

740 - 840

2,50

680 - 780

2,66

9

840 - 940

2,45

780 - 880

2,60

1 0

940 -1 040

2,39

880-980

2,54

11

-

-

980 -1 080

2,48

3.40. В полевых условиях значени е Рд определяют по формуле ( 3), а М принимают по табл. 4 в завис имост и от номе ра звена подвижного электрода .

Результаты ЭДЗ пр е дставляют в виде графиков из менения значения условного динамического сопротивления и силы тока в зависимости от глубины исследования. Г рафики строят в следующих масштабах:

глуби н а погружения подвижного электрода 1: 20;

величина условного динамического сопротивления в 1 см - 1 0 кгс/см2;

сила тока в 1 см - 0, 1 мА.

3.4 1 . Инженерно-геологическую информацию об исследуемых грунтах получают путем совместной интерпретации гра фиков силы тока и условного сопротивления динамической пенетрации. П о из менению величины тока устан авлива ют глубину залегания слоев грунта различного литол огического состава и состояния. Р ез ультаты динамической пенетрации используют, в основном, д ля определения относительной плотности грунтов.

В настоящее время использовать таблицы , п риведенные в СН 448-7 2, д ля определения физико-механических свойств грунта по результатам ЭДЗ не рекомендуется. О днако в процессе накопления опыта и результатов сопоставительных испытаний, п олученных с установками ЭДЗ и стандартной пенетрации (диаметр наконечника 74 мм), а также контрольных определений аналогичных свойств грунта лабораторными или полевыми методами будут разработаны переходные коэ ффициенты, к оторые позволят по результатам ЭДЗ давать оценку физ ико-механическим свойствам г рунтов .

Совместная интерпретация получаемых с установкой ЭДЗ параметров (удельной электропроводности и сопротивления динамической пенетрации) повышает достоверность и одно з начность результатов обследования. Так, текучепластичны е и неуплотненные суглинки, х арактеризующиеся одинаковой величиной Рд, различаются по величине электропроводности. Торф и глина, и меющие в ряде случаев одинаковую электропроводность, различаются по величине Рд и др.

3.42. Точность определения глубины залегания границ грунтов различного литол огического состава по данным ЭДЗ такая же, к ак и в методе ЭКЗ (см. п. 3.33). Точность определения границ грунт ов различного состояния в 2-3 раза ниже.

4. СЕЙСМОРАЗВЕДКА

Предпосылки использования сейсморазведки

4. 1 . При обсле довани и земляного полот на приме няют мет од пе рвых вступлений (М ПВ ) и корреляционный мет од пре ломленных волн (КМПВ ), о снованный на прослеж ива нии полез ных волн в област и последующих вст уплений: нескольких пре ломленных волн от ра зных прел омляющих гра ниц или двух типов волн от одной границы.

4.2. Изучаемые сейсмические пара мет ры - скорости ра спростране ния продольных и попе речны х волн. Физиче ской п ред посы лкой применен ия сейсмораз ведки при изучении строе ния и сос т оян ия насыпи являет ся от личие грунтов по скорос ти распространения в них упругих волн.

4.3. Сейсмическая модел ь экспл уат ируе мой насыпи из связных грунтов может быт ь представлена в следующем виде.

Первый слой под ре льс ошп аль ной ре шеткой, состоящей из ще беночного мате риала, характериз уетс я скорост ью рас пространения упругих волн окол о 1 00- 200 м/с. Мощност ь этого слоя 0,3-0,7 м. Ниже с ле дуе т песчано -грав ийны й балласт со скоростью распрос тране ния упругих волн 300-600 м/с. Мощность балластной «ш апк и» сос тавляет 1 -2 м , достига я иногда 3-5 м, а для высок их насыпей - даже 8 м. Балластн ые шлейфы в зависимости от вл ажности грунтов имеют следующие скорости распростране ния упругих волн: ма ловлажный поверхностный слой 1 20- 250 м/с, вла жный -250- 400 м/с.

В сугл и нке , слагающем те ло насыпи, скорости ра спростра нения упругих волн изме няются от 300-700 м/с при его мягкопласт ичном состоя нии до 1 000-1 400 м/с при более плотном состоянии.

Аппаратура и оборудование

4.4. Сей с мическая аппаратура для инженерно-ге ологиче ских исследова ний железнодорожных насыпей должна удовле творят ь следующим основным требованиям:

об ес печивать фильтра цию коле баний в полосе ча ст от 30-1 50 Гц;

им ет ь разрешающую способн ость, позволяющую выде лять и прослеживат ь различные волны на осциллограм ме при минимальном расстоянии между сейсмоприемник ами 0,5 м;

усиливать сигнал ы от сейсмоприемни ков в 20-1 20 раз;

иметь многоканальную запись на осциллограмм е, дающую возможность проводить корреляцию волн.

4.5. Для обследования насыпей могут быть рекомендо в аны серийные стан ции СС-24-П и «Поиск-1 -6/1 2 АСМ-О В», которые позволяют одновременно регистрировать колебания соот ве тственно в 24 и 1 2 точках дневной поверхности. Сейсмическа я аппаратура устанавливае тся на автомашинах повышенной проходимости.

4.6. Для более точного снятия времен с осциллограмм, полученн ы х с помощью сейсмических станций, скорость протяжки фотобумаги должна быть не н иже 0,5-0,6 м/с, а в ряде случаев - увеличена до 2,5 м/с.

4.7. Пр и инже не рно-геологическом обсле довании насыпей может быть использована однок аналь ная се йсмич еская установка ОС У-1 . Она позвол яет снима ть время прихода первых вс тупле ний волн визуально на электронно-лучевой трубке. Небольшая масса комплекта установки (около 40 к г) дает возможность пе реносить е е вручную.

Одн а ко, ОС У-1 обладает существенно меньшими разведочными возможностями из-за сложности анализа волновой картины. Особенно большие трудности возникают при наличии помех, так как в ОСУ-1 отсутствуют частотные фильтры.

4.8. Рациональным является комплексное исполь з ование одноканаль ной и многоканальной аппаратуры. С помощью ОСУ-1 получают общее представление об исследуемом объекте, а для де тального расчленения разреза лучше применять многоканальные сейсмические станции. Кроме ОСУ-1, могут быть использ ованы и другие портативные сейсмические установки [ 16] .

4.9. Для регистрации упругих волн используют сейс м оп риемни ки СВ-1 30, СВ-11 0, СГ-11 0, СПЭД -56, « Свет лячок» и др., выпу с кае мые с ерийно отече ст венной п ро мышле нностью . Эт и приборы име ют небольшую масс у, удобны при уст ановке в грунт, наде жны в полевых условиях и при транспорт ировке.

4. 1 0. С ре гистрирующей аппаратурой се йсмоприемни ки соединяют сейсмиче скими косами, рассчитанными на ма ксимальный шаг сей смоприемни ков 3 м. Более редк ий шаг при деталь ном обсл едовании не ис пользует ся, так ка к в эт ом сл учае может быть з атруднена на де жная корреляция волн.

4. 11 . Коле бания в теле насыпи возбужда ют ударами кувалд массой 5-1 0 кг по грунту или металлической или де ревянной подставке . Сила удара не влияет на ф орму запи си колебаний, а проявляется тольк о на че ткости первых вст уплений и амплитудах упругих волн.

4. 1 2. От метка момента удара осуще ствляется инерционным контакторны м устройством, смонтированным на ручке кувалды. П ри ударе кувалды о грунт контактор размыкае т электриче скую цепь и этот момент фиксируется на осциллограм ме сейсмостанци и или на экране эле кт ронно-лучевой трубки одноканальной установки ОС У-1 , обла дающе й длите ль ным послесвечением. Кроме того, отмет ка удара мо жет быт ь осуществлена от сейсмоприемника, установленн ого непосредств енно вблиз и места удара и подключенного без усилителя и филь т ра не посре дстве нно к низкочувст вительному га льван оме тру осциллографа сейсмостанц ии. Т акой способ позволяет получить на осциллограмме запись резкого импульса с четким обозначе нием начала возбуждении колебаний грунта.

Методика наблюдений

4. 1 3. Осн овным видом наблюде ний является продольное профилирование, при кот оро м пунк ты ударов (ПУ ) рас полагают на одной линии с пункт ами наблюдений. При иссле довании основной п лощадки продольное профилирование мож ет дополняться непродольным, при котором ПУ располагае тся в стороне от линии наблюдений, на обочине.

4. 1 4. В зависимости о т глубины иссле дова ния и сей см огеологиче с ки х условий оп ре деляется дли на профиля участ ка ра бот . При изучении глубины около 10-1 5 м профи ли с ост авляют 40- 60 м . Расстояния (шаг) между сейсмоприемник ами ΔX в зависимости о т де тальности изучения разреза н ахо дится в преде лах от 0,5 до 3 м. Наиболее часто ΔX пр и нимае тся равным 1 м (рис. 16).

Рис. 16. Сис т ема сейсмиче ских наблюде ний при работе с ОС У-1 :

1 - кувалда с и не рционным пре рыва нием; 2 - катушка с кабелем; 3 - аппаратура ОСУ-1

4. 1 5. При исс ледовании земляного полотн а методом пре ломленных волн применяют в стречные и нагоняющие системы наблюде ний. Рекоме ндуемая выше длина профиля обесп ечивает приход преломленных волн из каждого ПУ в первых вступлениях. При нагон яющей системе наблюдений пункт удара жел ат ельно относить от ближайш их сейсмо приемников на расстояние X .

4. 1 6. При использовании одноканаль ной установки изме рения выполняют одним из двух способов:

1 . ПУ - неподвижен, а сейсмоприемник передвигается по профилю на блюдений:

2. Сейсмоприемник неподвиж е н, а ПУ передвигает ся по профилю наблюдений.

Первый способ боле е эффективен, но т ребует двух рабочих на профиле. Для применения вт орого с пос оба т ребуетс я один рабоч ий. Кроме того, он удобе н, ес ли т рудно обеспечить контакт сейсмоприемни ков с грунт ом.

4. 1 7. При обс ле дова нии насыпи на попере чнике сейсми чески е профили рас полагают вдоль ос и пути, вблизи рел ьсовых ните й, на обочинах и откосах, а для двухпутных участков - по междуп утью. Вдоль пути расстояние между попе речника ми може т быть раз личным, в завис имости от за дач обследования и состояния насыпи.

4. 1 8. Порядок выполнения работ следующий. Одновре менно с разме ткой профиля и уст ановкой сейсмоприемни ков в грунт с шагом Δ X включается с ейсмостанц ия и контролируется ра ботоспосо бность эле ктрической схемы в целом. После этого прове ряется чувствите льность сейсмиче ских каналов и наличие помех, на дежност ь отметки возбуж де ния по пробны м ударам и телефонна я связь между пункто м наблюде ния и сейсмической станцией. Для выбора режима работы сейсмостанции проводятся контрольные з ап иси, кот орые проявляются в полевых условиях в про явочной камере. Затем проводятся систематиче ские наблюдения по описа нной мет одике.

Интерпретация результатов

4. 1 9. Инте рпретация материалов состоит в корреля ции волн и их распознавании, построении годографов, вычислении скоростей распространения упругих волн и определ ени и глубин до пре ломляющих горизонтов.

4.20 . Выделение каждой из наблюдае мых волн или корреляцию волн выполняют путем последователь ного рассмотре ния и прослеживания особенностей волн по всему профилю в ка ждой точке. Основным критерием для выделе ния н а осциллограмме волны является синфазность колебаний, т.е. плавное изме нение вре мени прихода данной фаз ы волн в последующие точки наблюдения.

4.2 1 . Когда из-за интерференции коррел яци я волн затруднена, необходимо делать по нескольку записей, для разных ПУ при различных усилении и полосе пропус кания кана лов. Иногда корреляция волн бывает з атруднена из -за слишком большого ра сстояния между сейсмоприемник ами .

4.22. При обрабо т ке осцил лограмм снимают вре ме на приход а волн в первых вст уплениях (рис. 17). Если выделе ние вступлений затруднено, то сни маю т времена пос ледующих фаз этих волн с внесением поправки Δt ф за фазу. По полученным значе н иям времен ti строят годографы ( рис . 17б) .

4.23. Ин т ерпре тацию материалов выполняют либо исходя из модели однородно- слоистой среды, когда зарегист рированны е волн ы можно считать за чисто преломленные, ли бо - градие нтной среды, когда волны принимаются за рефрагированные. В первом случае интерпрет ацию выполняют способами t 0 и разностного годографа и по встречным г е ографам.

Для случая гради е нтной среды инте рпрета ция годографов может быт ь в ыполнена по способам С. В . Чи басов а и О. К. К онд ратьева [ 17].

4.24. При опр е делении границы между балластным слое м и грун том насыпи различия ме жду сейсмическими данными и результата ми бурения не пре вышали 1 0 %. При не благоприятны х грунтовых ус ловиях и при наличии помех (ос обенно при изме рениях ОС У-1) э ти различия могут быть в 1 ,5-2 раза больше.

5. КОМПЛЕКСИРОВАНИЕ ГЕОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ

5. 1 . Ра знообразие возможных деформаций эксплуат ируемых насыпей в ряде случаев не позволяет ре шать задачи инженерно-ге ологического обследования с дос тат очной полнотой и точност ью при использ овании какого-либо одного из геофизических методов. Боле е полные данные , как п равило, можно получить лишь при компл ексном применении различ ных геофизических методов.

5.2. При выборе рационального комплекса необходимо ру к оводствоватьс я эффе ктив ностью методов в конкре тных геоэлектрически х и геосей смических условиях, точнос тью получае мых результатов, более высокой безопасностью работ и технико-э кономической целе сообразностью применения тех или иных методов.

Рис. 17. Осцил лограм ма коле баний грунта (а) и годограф (б), полученные при обследовании на сыпей ме тодом п рел омл ения волн:

1 -1 2 - номера сейсмоприемн ик ов; I - первый слой, V 1 = 1 80 м/с; II - второй слой, V 2 = 285 м/с; III - третий с лой, V 3 = 400 м/с.

5.3. Дл я опре делени я к онфигурации подошвы балластного с лоя, в том чис ле при выявлении и оконту ривании балластны х корыт, лож, ме шков и гнезд [ 18, 19] , приме ним мет од ЭК З с одноконта ктным кон ическим эл ект родом. При реше нии более сложных задач, тре бующих определения состава и сос т ояния грун та насыпи, ре комендует ся п рименять метод ЭДЗ и сейсмораз ве дку.

5.4 . Для выявления и оконтуривания ослабленных з он, в те ле насыпи приме няют Э ДЗ и с ейсморазведку [ 20].

5.5. Насыпи, возв е денные из крупнообломочн ого м атериа ла, обсле дуют методом ВЭЗ и с ейсмора зведки.

Эти же м е тоды приме няют для определения величины осадки и конфигурации подошвы насыпи, возведенной на с лабых грунта х.

Величину осадки песчано-глинистых насыпей с вк л ючен ием крупнообломочного материала не более 40 % и в ыс отой д о 7 м можно опреде лить по данным ЭКЗ и ли ЭДЗ.

5.6. Для выявления и оконтуривания линз мерзлых гру н тов в теле насы пи приме няют методы ЭП и ВЭЗ, реже сейсмо раз ведку . По результатам ЭП оконтуривают мерзлы е породы или погре бе нные льды по площ ади, по данным сейсморазведки определяют глубину зале гания кровли мерзлых пород, по данным ВЭЗ - глубину залегания кровли и подошвы мерзл ых пород.

5.7. Для литологического расчл е нения грунт ов ос новани я насыпи в зависимос ти от геосейсмических и геоэлектрически х условий применяют с ейсморазведку или метод ВЭЗ.

5.8. Мощност ь слоя слабых грун тов (торфа, сапропелей, илов, и оль диевых глин и др.), подстилающих насыпь, опре деляют по ре зультатам ЭКЗ, ВЭЗ и сейсмора зве дки. Относ ительную устойчивость обводненных песчан ых грунтов оцени вают по данным ЭДЗ.

5.9. Мощно с ть крупноглыбовых осыпей, россыпей и ку румов на косогорны х участках, определяют по данным ВЭЗ и сейсмор а зведки.

5. 1 0. Для выявле ния и окон тури вания закарстованны х участков и подзе мных льдов в грунтах основания нас ыпи приме н яют м етоды ВЭЗ и ЭП с двумя разнос ами пит ающих линий.

5. 11 . Оползне вые участ ки изучают по ре зультатам сейсморазведки и ЭД З, реже применяют ВЭЗ и ЭП.

Приложение 1

ПРИМЕРЫ ГЕОФИЗИЧЕСКОГО ОБСЛЕДОВАНИЯ НАСЫПЕЙ

Р езульт аты се йсмического обсл едования выс окой нас ыпи

Об сл едованный учас ток нас ыпи прот яжением 550 м и высотой до 13 м был построен в 1 91 2-1 91 3 гг. Верхнее с троение пути представл ено рел ьс ами Р-50, деревя нным и шпалами с эпюрой 2000 шт./ км и щебеноч ным балластом тол щиной до 50 см на мощной песчано-гравийной подушк е.

Те л о насыпи от сыпано из темно-серых сильно гумусированны х суглинков в нижне й част и и из желто -бурых и желто- серых легких пы леваты х суглинк ов в верхне й. Граница между указ анными грунтами не ровная. На контак те с балласт ным шл ейфом суглинк и и мею т текучепластичную консис те нцию.

Основани е насыпи пре дст авлено ил ист ыми аллювиальными суглинками с примесь ю боле е тяжел ых голуб овато-се ры х суглинков. Илист ые с углинки в момент обс ле дования соответст вовали мягкопластичной и тугопла стичной консисте нции. Голуб ов ато-се рые т яже лые суглинк и, а также просл ои ил истых сугл инков в нижней час ти н асыпи о бладаю т ту гопл астичн ой консистенц ией. Подземные воды встрече ны на глубине 0,8 -1, 5 м в грунтах основания нас ыпи. Водовмещ ающими породами явл яют ся различные аллю виальные с углинки, залегающие под ними лин зовидные прослои г раве листы х песков и трещ ин оватые средне сармат ские известняки.

По им е ющимся да нным, за весь пе риод экспл уатации же лезнодорожного пу ти (до 1 969 г.) каких-либо ре зких просадок и боковых сдвижек не наблюдалось, однако за эт о вре мя произошла по сте пе нная ос адка насыпи. В се ре дине июля 1 969 г. после выпадения интенсивных дождей, продолжа вшихся в течение трех суток, произошел значите льный оплы в левого откоса на протяже нии 26 м, з ахва тивший ос новную площадку до оси пути на прот яж ении 25 м. Насыпь б ыла ра зрушена на глубину 2 м. Объе м сместив шегося г рун та составил около 800 м3. Пос ле о плыва на этом участке откос был восстановлен каменной наброской с досыпкой пес ча ным баллас том.

Рис. 1. Сейсмич е ский разрез насыпи одного из уча ст ков Юго-Западной же ле зной дороги:

I -Х - с е йсмические профили; 1 -9 - номе ра выделе нных слое в; цифры на разрезе - скорость распространения упругих волн, м/с

Таб л ица 1

Сейсмич е ские профили

Н оме р слоя

Грунт

Зн ачени я ст атист ичес ких характе ристик с коростей рас прос транения упругих волн, м/с, в насыпи

Мин и мальное

Максимально е

Среднее

Ср ед нек вад рати ческ ое отклонен ие

Ко эффициент вари ации

По основной п л ощадке

1

Щ ебен ь гранит ный

110

1 70

1 30

2 1

0, 1 62

2

Баллас т песчано-гравийны й

260

51 0

340

76

0 ,224

3

Увл а жненная зона контакта песч аного балласта с суглинком

410

11 00

750

73

0,0 97

По отко с ам нас ыпи

4

Балласт песчано-грави йны й маловлажный

1 25

250

1 80

42

0,233

5

Балласт песчано-гравийный влажный

250

4 1 0

320

52

0,1 62

6

Увлажн е нная зона контакт а балласта с с углинком (левый от кос)

680

1 000

790

110

0 ,1 40

7

Суглинок т е мно-серый, гумусированный , нарушенной ст рукт уры

220

360

280

49

0, 1 75

8

Суглинок буровато-с е рый, плотный мягкопластичны й

320

680

430

11 6

0,270

9

Суглинок темно -се ры й плотный, пластичн ый (ядро насыпи)

1050

1 400

11 80

1 36

0, 116

Р е зультаты сей смической раз ведки эт ой н асы пи пре дст ав лены в виде сейсмогеол огически х разре зов (рис. 1) и статистиче ских характе ристик скоростей распространения упругих волн (табл. 1). Анал из этих материалов показал, что может быть выделена граница между ба лластной шапкой и шлейфами на откосах и грунтом тела, а также слои песка (2 и 3) в шлейфе, различные по вл ажнос ти, и увлажне нная зона контакта баллас та с суглинком на левом откосе (1).

В теле насыпи на границе с о шле йфами просле живается слой мягкопластичного суглинка мощностью 0,8-1 ,2 м (с лой 7), представляющего зону повышенной влажност и. По сейсмическим данным, подтвержденным материалами пенетрации, эта зона, п о сравнен ию с окружающим грунтом, я вляется ослабленной по прочности.

Не исключено, что изменение условий эксплу а тации этой насыпи или не благоприятные климатические условия могут при вести к сползанию правого откоса насыпи. Поэтому для повышен ия устойчивости не обходима присыпка к правому откосу этого участка насыпи контрбанкета.

В ядре насыпи выделены разны е по плотности суглинки (слой 8 и 9), о чем свидетел ьс твует ра зная скорость распространения в них упругих волн.

Н есовпадения данных по обсл едован ию опытной насыпи мет одами сейсм оразведк и и буре ния находи лись в преде лах ±1 0 %.

Определение мощности дренирующего слоя и состояния грунтов насыпи по данным ЭДЗ

Метод ЭДЗ применяли для обследования левого откоса насыпи, описанной выше. Зондиров а ния выполнены уста новкой ЭК З ЦН ИИС. Сопротивление динамической пенет рации определялось при погружении электрода ударами груза массой 1 0 кг, сбрасываемого с высоты 0,5 м. Условное динамичес кое с опротивле ние Рд рас считывалось по формуле ( 3), значе ния M в зято из табл. 4. Р абочие графики т ока и пе нетрации ст роилис ь в масштабах в 1 см - 0,1 м А и в 1 см - 1 0 кгс/см2. Гл убина зондирования от кладывалась в масштабе 1 :20.

На с ыпь по литол огиче скому сост аву грунтов расчленен а по ре зультат ам интерпрет ации графиков с илы тока (рис. 2). Сила тока в пе сках из меняе тс я от 0,02 до 0,1 мА, в суглинках - от 0,5 до 1 мА. В пе сках, с одержащих глинистые час тицы, сила тока иногда увел ичивается до 0,3 мА.

Со ст ояние грунтов нас ыпи определялось, в основном, по данным динамической пенетраци и. Пе ски балласт ного шле йфа при Рд < 3 0 кгс/см2 относятся к рыхлым пескам, при 30 < Рд < 1 20 кгс/см2 - к пескам средней плотности. Ре зкая ди фференц иация графика пенетрации в пределах балластного слоя обусловл ена значите льным (более 30 %) содержание м гравийно-галечного мате риала и включе ние м отде льных глыб известняка, отс ыпан ных при восстан овле нии сплывше го откоса насыпи. Значения Рд и J в зависимости от конси с те нции суглинков, согласно данным бурения и ре зультатам статистиче ской обработки десяти ЭДЗ, приве дены в табл. 2.

Таблица 2

Суглинки

Р д , кгс/см2

J , м А

Тугопластич ны е

35-90

0,6-0,7

М ягкопластичные

1 5-35

0,7-0,8

Текуч е пласт ичны е

5- 1 5

0,8- 1 ,0

По резуль т атам ЭДЗ мощность песчаного шлейфа на исследуемом откосе изменяетс я от 1 ,7 до 2,7 м. Ошибки в опре де ле нии глубины залегания подошвы песчаного шлейфа, согласно данным бурени я, не превышают ±5 см. На глубине 0,5-1 м песок балласт ного шлейфа рыхлый и соде ржит менее 1 0 % гравийно-галечного материала, глубже - песок средней плотност и и содержит значительное (более 40 %) количество гравия и гальки, а также отде льные глыбы известняка.


Рис. 2. Результаты обсл е дования насыпи методом ЭДЗ

 - песчано-гравийн ы й балласт ;  - суглинок те куче пластичны й;  - то же мягкопластичны й;  - то же тугопластич ный;  - основание насыпи;  - границы суглинка различной консистенции;   - J , мА;  - Рд, кгс/см2; Нз - глубина зондирования, см


На границе с песчаным балла с том слой суглинка мощностью от 0,2 до 0,5 м находится в теку че пластичном сос тоянии. С увелич е ние м глубины консис те нция их пост епе нно из ме няе тся от мягк опластичной до тугоп ластичной. Сре ди т угопластичны х суглинков на глубине 4-5 м выявлен малом ощный прослоек м ягкоп ластичны х суглинков. Мощность его около 20 см. Он прослеживается параллельно пове рхности откоса насыпи и при неблагоприятных гидродинамиче ских условиях може т способствовать образованию новой плоскости сплыва насыпи. Этот прослой суглинка при обследовании откоса насыпи другими ме тодами, в том числе и по ре зультат ам буре ния, выявлен не был.

Опр е де ление мощности дренирующего слоя грунта по данным В ЭЗ и ЭП

Наблюд е ни я проведе ны по оси пути на пе ре гоне Ж илево- Воскресенск М осковской окруж ной железной дороги. Балласт ный слой пре дставлен мелкозе рнистым п ес ком. Мощность его колеблет ся от 2 до 3,5 м. Тело насыпи сложе но пы леватым и тяжелыми суглинками. Высота насыпи на участке обслед ов ания изменяе тся от 1 0 до 1 2 м.

Мощность дренирующего слоя определяли по р е зуль тат ам интерпрет ации кривых ВЭЗ и графиков ЭП. ВЭЗ в ыполне ны у име ющихся скважин. Типичная к ривая ВЭЗ показана на рис. 9 в тексте Ме тодических рекоме ндаций. Разносы питающих и приемных ли ний установки ЭП следующие : A ′ B ′ = 7, AB = 1 4, MN = 2 м. Шаг н а блюден ий 2 м .

В результаты измер е ний мет одами ВЭЗ и ЭП вводили поправки за уровень помех и влияние конфигурации насыпи. Для количест венной интерпретации графиков ЭП использовались номограммы В. М. Г ороховского [ 12] и М илош а Кароуса [ 13] .

Максимальные ошибки в определении глубины залегания подошвы дре н ирующего слоя по данным ВЭЗ составляют 9 %, по данным ЭП - 1 2 % по сравнению с результатами бурения.

Геоэле к трический разрез верхней части насыпи исследуемого участка, составленный по данным ВЭЗ и ЭП, показан на рис. 3.

Рис. 3. Геоэлектрический разр е з ве рхне й части на сыпи, составлен ный по данным ВЭЗ и ЭП

 - п е сок;  - песок с прим есью пылеваты х част иц;  - суглинок; цифры в кружочках - удельно е эле ктрическое сопротивление грунт а, Ом · м ;  - глубина за легания подошвы балластного слоя по данным буре ния;  - то же по данным ВЭЗ;  - то ж е по данным ЭП

Опред е ле ние ве личины осадки насыпи в торф по дан ным ЭД З

Резул ьт аты опреде ле ний вел ич ины ос адки насы пи в т орф по данным ЭДЗ приведены на рис. 4. Опыты проведе ны меж ду станц иями Н авля и Алту хово Мос ковско й же лезн ой дороги. Нас ыпь на участке исследов ани й отсы пан а из мелко зернис того песка с включе нием гальк и и прослоями опоковидны х глин. Зондирование выполняли одноконт акт ным наконечником. Эле кт род погружался уда рами груза массой 7 кг . Груз сбрасывали с высот ы 0,5 м . Питание установки и измерени е силы тока осуще ст вляли с помощью ге не ратора АН Ч-1 . Неподв ижн ый электрод за зе мляли в торф з а пределами насыпи.

Рис. 4. Опр е делен ие ве личины осадки насыпи в торфе

 - щебень;  - песок;  - глина;  - торф сильно разложившийся;  - т орф слаборазложившийся;  - к ри вая тока;  - кривая п енетрации

Электропроводность глин и торфа примерно одинаковая, что затрудняет их расчленение по графику силы тока, но они имеют разное сопротивл е ние динамиче ской пенетрации.

При зонд и ровании глин для погруже ния эле кт рода на 1 0 см достаточно от 1 до 6 ударов, при зондировании торфа - от 6 до 25. По количе ству ударов м ожно отличить сильноразложившийся торф (6-1 2 ударов) от слабо разложи вше гося (1 2-25 ударов). Пески и глины ра зличают ся по степени эле ктропро водности, В слабовлажны х песках ре гист рируют силу тока 1 5-25, обводне нных 60-70, в глинах 95-1 00 м А. При определе нии уровня грунтовы х вод учитывали высоту капиллярного поднятия, которая для данного песка равна 20 см. Границы между песком и глин ой установлены по графику силы тока, глубина залегания подошвы насыпи - по результатам сов мес тной интерпретации графика силы тока и данн ых пенетрации . Ошибки в опре делении глубины залегания лито логическ их границ по ЭДЗ, с огласно данным контрольн ых скважин, не превысили 5 см.

Приложение 2

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ ЭКЗ

Конс т рукция и рабочий че ртежи уст ановки ЭКЗ с двухко нтактны м и одноконтактным нако нечник ами разработ аны в лаборато рии инжене рн ой гео лог ии и геофи зики совме стно с ПК Б ЦНИ ИСа (авторы: В. Я. П ригода, Б. С. Васильче нк о, Г. О . Долго в). При конструировании устано вки учиты вал ись основные т ре бования к оборудо вани ю изыскате льских парти й по габарит ам, масса, эк ономичност и питания и транс портабе льност и. Опыт ны е образцы ее и зготовле ны на экспериме нтальном з аводе ЦН ИИСа. Общий вид установки показ ан на ри сунке.

Для зондирования на верхний торец подвижного электрода надевают упор для груза. Груз массо й Мг = 1 0 кг сбрасывают по направляюще й штан ге с высоты H ′ = 0,5 м. Ток заме ряют в милли ампе рах через каждые 1 0 см погруж ения э ле кт рода и подсчитыва ют количество пост оянных по силе ударов груза в зал оге, не обходимых для определения ве личины условного динамичес кого сопротивления Р д .

Электрод извлек а ют специа льным (извле кающим) уст ройст вом. В корпусе са моза хват ывающ его мех анизма извлекающе го устройства име ются шарики, к оторые при рабочем ходе рычага заклин ивают электрод, а при холост ом - освобож дают его , создавая дискретное пере мещение последнег о до полного изв ле чения.

Подвижный эл е ктрод изгота вливают из ме тровых или полумет ровых звенье в бесшовных, холоднот януты х труб се чени ем 22×6 (ГОСТ 8734-50). Звенья сочленяют посре дс твом резьбы , концы их цементируют. При использован ии более тонкостенных труб на концах звенье в делают пере ходные муфты.

Двухконтактный конический наконечник име е т цел ьномет аллический стальной корпус с наружным диаметром 35,6 мм (пл оща дь п оперечного сечения 1 0 см2) и углом при вершине 60°. Из олированные от корпуса наконечника круглые ла тунные контакты диаметром 9 мм расположе ны в нижне й кониче ск ой части н аконе чни ка, в зоне максимального упло тнения грун та . Эт о обеспе чивает пост оянство и надежность их электриче ского контакта с исследуе мым грунт ом. Толщина изоляционного слоя ме жду корпусом наконечника и конт актами должна быть не мене е 1 мм, для обеспечения сопротивле ния утечке - бол ее 3 МО м. Д ля соединения изолированных контактов с изме рительной аппарат урой используют ка бе ль Ш РПЛ 2×0,5 (ГОСТ 1 3497/68), кабел ь КПЭР 2×0,3 5 (ТУК П-00 3- 63) и др.

Общий вид у ст ановки ЭК З:

1 - ограничи те ль вы сот ы подъема груза; 2 - направляющая штанга; 3 - груз; 4 - рычаг извлекающего устройства; 5 - провод, с ое диняющий изолированные конт акты с измерительным прибором; 6 - стойка; 7 - изм е рительный прибор ИТ-73; 8 - опорная плита; 9 - двухконтактный наконе чник; 1 0 - самозахватывающий механиз м; 11 - подвижной электрод; 1 2 - упор для груза

Диам е тр наконечника в 1 ,5 раза больше диаметра нес ущих штанг, что уменьшает (а при глубине зондирован ия до 3-5 м искл ючает ) боковое т рение штанг о грунт при проведении динамичес кой пенетрац ии.

Погружая подвижной э ле ктрод постоянным и по силе ударам и опреде ляют два параметра: удельную э лектропроводность грунт ов и сопротивление их динамической пенетрац ии.

Техническая характ е ристика

Глубина зондирования ................................ 7- 1 0 м

Максим а льные усилия извлечения ............ 1 т

Производительность ................................... 20-30 пог. м в смену

Пр е делы измерения силы тока .................. от 0,001 до 3 м А

Ошиб к и опре деления границ грунтов различного литологического состава

при зал о ге     1 0 см ........................................ ±5 см

     - »-             5 см .......................................... ±2,5 см

Габаритные р аз меры и масса ус тановки приведены в табл ице.

Блок

Габаритные раз ме ры, м м

М асса, кг

Цили н дричес кий электрод с двухконтактным наконечником

l 1 = 7000

d = 22

1 7

Конический электрод с одноконтакт ны м наконечником

l 1 = 4000

d = 22

9,5

Упор для груза

d = 20, 40 , 1 00

l 1 = 8 50

4,5

Груз

h 1 = 11 5

d = 11 8

1 0

И з влека ющее устройс тво

l 1 = 1 080

h 1 = 1 60

8

И з меритель тока ИТ-73

250× 1 75× 65

2,7

l 1 - длин а, h 1 - высот а, d - диаметр

Приложение 3

ОПИСАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СХЕМЫ ПРИБОРА ИТ-73

Прибор ИТ-73 входит в компл е кт установки элек трокон тактного зондирования. Он пре дназ наче н для изме ре ния силы тока, пропускаемого через изолированные контакты в исс ле дуе мый грунт . По сравнению с серийной ге офизической аппаратурой ЭСК-1 и АН Ч-1 прибор ИТ-73 более устойчив к электрическим помехам и имеет значительно меньшую массу.

Принципиальная э лектрическ ая схема прибора приве де на на рисун ке. Он сост оит из задающе го РС - генератора (Т1 и Т2), эммитерного повторителя (Т3), усилит еля мощности (Т4 ) и микроампе рметра (мА).

Каскады Т1 и Т 2 задающего генератора собраны на транзисторах П -41 6, меж ду которыми (посредством конде нсатора С5 и с опротивления R 6 ) ос ущес твляется обратная положи тель ная с вяз ь. Измен яя C 5 и R 6 до полного на с ыще ния между к аскадами Т1 и Т2, получают импул ьсы напряжени я прямоугольной формы с частотой 200 Гц .

Импульсы напряж е ни я з адающе го гене рат ора подаютс я на эммите рный повторитель Т3, к оторый с огласует вы сокоомный выход генератора с н изкоомны м вх одом усилите ля мощности Т4. Усилитель мощности работ ает в режиме эммитерного повторителя. Такая схема прибора обеспе чивает согласование выхода прибора с внешней прила гаемой нагрузкой.

Высокочастотные транзисторы типа П - 416, применяемые в ка скадах Т14 , м ожно заменить маломощными низкочастотными т ранзист орами типов М П-26, МП-38, МП-41 , М П-4 2 и др.

На приведенной схеме сопротивл е ния R 11 , R 12 , R 15 и R 16 способствуют стабилизации тока в цепи питания базы триодов Т3 и Т4 при изменении температуры. Потенциометр R 13 = 1 50 Ом служит для регулировки низкочастотного напряжения на выходе прибора.

Конденсаторы С6 и C 7 , служат для разделе ния переменной и постоянной составляющих тока и являются фильтрами.

Эл е ктриче ская с хема изме рит ельного прибора ИТ-73

Пос т оянная с оставляющ ая подаетс я чере з соп ротивление R n на массу пр и бора, а пере ме нная (че рез кле ммы А и В) - н а из олирован ные конт акт ы наконечника подвижного э лектрода установки ЭКЗ.

Посл е довате льно с внешне й нагрузкой в цепь эммит ера Т4 че рез выпрям итель, собранный по с хе ме мост а на диодах Д9Е, включен микроамперметр типа М- 24 чувст вительн остью 1 00 мк А.

М икроампе рме тр работает п ри че тырех пр едел ах измерений: 1 00, 300, 1 000 и 3000 мкА. Первый пре дел опре дел яется чувствительностью прибора, три последующих устанавл ивают ся шунтами соответс твенно R * 20 = 386, R * 19 = 88 и R * 18 = 27 0 м . При пе реключе нии преде лов измере ни й ключо м П1 одновреме нно разрывается общая цепь измерите льног о прибора, что пре дотвращает броски стре лки.

Прибор ИТ-73 пи т аетс я от шести последовательно включенных элеме нт ов 373 (типа «Сатурн») на пряже нием 9 В. Элементы расположены внутри корпуса прибора. Выводы от э лементов припаяны к гнездам разного диаметра, что поз воляет подключать прибор, сохраняя постоянную полярност ь. Напряже ние источников питания считае тс я нормальным, если на пре деле измерений 3000 мкА при замкнут ой це пи АВ стрелка микроампе рм етра устанавливается на делении 1 00. Регулируется напряжение потенциоме тром R 13 .

Максимал ь ный потребляемый т ок прибора 50 мА. Это обеспечивает непрерывную работу его с одним комплектом батаре й в течение 1 00 ч. Габаритные раз меры прибора 250×1 70×60 мм, мас са с компле ктом питания 2,7 кг.


Приложение 4

ОБРАЗЕЦ ЗАПОЛНЕНИЯ ПОЛЕВОГО ЖУРНАЛА ПРИ ЭДЗ


Приложение 5

ОРИЕНТИРОВОЧНЫЕ ДАННЫЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ ХАРАКТЕРИСТИК ГРУНТОВ (из СН 448-72)

Привед е нные данн ые динамического зондирования можно использовать при интерпрет ации материалов, полученных с ус тановки ЭД З. Ими мож но пользоват ьс я с учетом поправочных к оэффициентов, которые определяют путем сравнения данных дина мического зондирования, полученных со стандартной уст ановкой (диаметр на конечн ика 74 мм) и с установкой ЭД З (диаме тр наконечника 35,6 мм), а также с результа тами определения ана логичных хара кте рист ик грунтов лаборат орными или полевыми методами.

В н ас тоящем приложении показатели свойс тв грунтов от нос ятся к кварцевым и кварцево-полевошп атовым пескам с небольшой величиной сцепления (менее 0,1 кгс/см2) и к глинистым грунтам с соде ржанием органических вещес тв менее 1 0 %.

Нор м ати вное да вл ен ие R н для пес ч аных грунтов определ яется по т абл. 1 4 СНи П II -Б. 1- 62 в зависимости от плотности сложения грунт ов по данным дин ами ческого зонд ирован ия, при веде нным в табл. 1.

Таблица 1

Песок

Сос т ав и сос тояние грунт а

Рд

кгс/см2

Плотность слож е ния грунта

Пр и родн ого слож ения

Крупн ы й и с редней крупности независ имо от влаж ност и

< 35

Р ы хл ый

35- 1 25

Средней плотности

1 25

Плотный

Мел к ие мал овлаж ные

< 30

Рыхлый

30 -11 0

Средней плотно с ти

>11 0

Пл от ны й

Пы ле ватые ма ловлажные и ме лкие в одон асыще нные

< 20

Рыхлый

20-65

Ср е дне й плотнос ти

>65

Плотный

Св е жена мы тый (в пе рвы й месяц после намыва)

М е лкие и средне й крупности маловлажны е

< 35

Рыхлый

35- 11 0

Средней плотно сти

>11 0

Плотный

Мелк ие и средней крупност и водон асыщен ны е

< 20

Рыхлый

20 - 85

Средней пло т ности

>8 5

Пло т ный

Нор м ативн ое давление на глинист ые грунты R н кгс /см2 определяется следующим образ ом:

Рд                                               R н

1 0 ............................................. 1 ,0

3 0 ............................................. 2,5

50 ............................................. 4,0

1 00 ........................................... 5,5

Нормативный угол внутр е нне го трения пес чаных грунтов φн определяют по табл. 2.

Таблица 2

Рд , кгс/с м2

φн гр ад., д ля песчаных гру нтов

крупных и средней кр у пности

мелких

п ыл еватых

20

30

28

26

35

33

30

28

70

36

33

30

11 0

38

35

32

1 40

40

37

34

1 75

4 1

3 8

35

Нормативный модуль деформ а ции пес чаных грунт ов Ен до глубины 6 м опреде ляют по табл. 3.

Таблица 3

Рд , кг с/см2

Ен кгс/см2 для пе сча ных грунтов

крупны х и с редней крупности

мелких

п ы леваты х

20

200 -1 60

1 30

80

35

260 - 21 0

1 90

1 30

70

390 - 340

290

220

11 0

490 - 440

350

280

1 40

550 - 500

400

320

1 75

600 - 550

450

350

Норма т ивны й модуль де формации глинистых грунтов Ен кгс/см2 о пред еляют из вы ражени я

Ен = 6 · Рд.

Динамич ес кую устойчивость песчаных грунтов, нас ыщенных водой, опре де ляют по табл. 4.

Таблица 4

Рд , кгс/ см2

Вероя т ност ь разжижения пе сков при динамиче ских нагрузках

Ср е дне е

Минимально е

20

7

Большая вероя т ность разжижения (пески рыхлого сложения, сцепление практически отсутст вует )

20 - 35

7- 1 4

Р а зжижение возможно (пески рыхлые или средней плотности со слабора звитым сцеплением)

35-50

1 4-20

Вероятность р а зжижения неве лика (пески средней плотности с развит ым сцеплением)

50

20

Разжижение песков практически невозможно (пески плотные и средней плотно с ти с хорошо ра звитым сцеп лением)

Прим ечан ие . Оценка раз ж ижаемост и песков производитс я по средни м зна чениям Рд . Учет мини мальны х значени й повышает достоверно сть прогноза.

ЛИТЕРАТУРА

1 . ДРУЖИН ИН М. К., ПРИГОДА В. Я . Наставле ния по ин жене рн о-гео логически м изысканиям для прое кт ирования вт орых путе й. М ., изд. ЦНИИ Са, 1 972.

2. Правила по т е хнике бе зопасност и и производст ве нной санитарии при производстве работ в путе вом хоз яйст ве. М., «Транспорт», 1 965.

3. Правила техники б е зопасности при желе знодорожных изысканиях. М., « Оргтрансстрой», 1 962.

4. Правила те хнической эксплуатации железных дорог Союза ССР. М., «Транспорт», 1 971 .

5. Инструкция по сигнализации на железных дорогах Союза ССР. М ., «Транспорт», 1 971 .

6. Инструкция по технике безопасности при г е офизических работах. М., «Недра», 1 968.

7 . Б ОЛДЫРЕВ М. В . К учету влияния помех при эле кт роразве дке зе мляного полотна же лезных дорог ме тодом постоянного тока. В сб.: « Борьба с пучинами на железных и автомобильных дорогах». Труды совещания Комитет а по земляному полотну в Новосибирске в октябре 1 963 г. М., « Транспорт », 1 965.

8. АНИКИН О . П . Приме нение сейсморазведки для иссле дований железнодорожных насыпей. В сб. трудов ЦНИ ИСа, вып. 5 9. «Вопросы инженерной ге ологии и геофизики при изысканиях железных и автомобильных дорог». М., 1 972.

9. ПРИГОД А В. Я . О применении мет ода вычитания полей при инженерно-геологических и гидроге ологических исследованиях на изысканиях дорог. М., изд. Ц НИИСа, 1 967.

1 0. РЯПОЛОВА В. А. Методические указания по инте рпретации кривых вертикальных элект рических зондирований (ВЭЗ). М., изд. Ц НИИСа, 1 972.

11 . ПРИГОДА В. Я . Определение просадки насыпей мет одом вертикальных электриче ских зондирований. Сообще ние № 11 9 «Вопросы гидрогеологии, инжене рной геологии и геофизики при изысканиях железных дорог». М., и зд. Ц НИИСа, 1 958.

1 2. ГОРОХО ВСКИЙ В. М . Количест венн ая ин те рпретация данных симметричного э лект ропрофилирования. «Раз ведка и охрана нед р», 1 964, № 6.

1 3. Milos Karous. Un č ov á ni mocnosti nadio ž i odporov ý m profilov á nim se dv ĕ ma rozestupy. Jeologickly pr ǚ zkum. 2, Praha, 1970.

1 4. Р ЕЗНИКОВ О. М ., КОСТЫГО ВА А. В . Оп ределен ие границы ме жду балластным слое м и земляным полотном методом электроконтактно го зондирования. Сб. № 1 9 «Пробле мы механики зем ляного п олотна же лезных дорог». Серия «Вопросы геотехник и». М. , «Транспорт», 1 965.

1 5. Указания по з ондированию грунтов для строите льст ва. СН 448-72.

1 6. Портативные сейсм оразве дочны е установки (сравните льные характеристи ки). Информация «Инжене рно- ст роите льные изыскания», сб. № 1 (30). М ., 1 973.

1 7. ГО РЯИН ОВ Н. И . Сейсморазве дка при инж енерно-гео логических исследованиях рыхлых пород (методические ре коменда ции). ВСЕГИНГ ЕО. М., 1 971 .

1 8. Г РУШЕВОЙ Н. Г . Деформации насып ей. М ., Трансже лдориздат, 1 959.

1 9. М ОЧЕН ОВ Г. М ., ТИТОВ В. П . Де фе кты, повреж дени я и разруше ния земляного полотна (классификация). М. , «Транспорт», 1 972.

20. КОНШИН Г. Г., ТИТОВ В . П., ХРОМОВ В. И., НАУМОВА Н. В . Напряже ния и упругие деформа ции в зе мляном п олотне под возде йствием поездов. Труды ЦНИИ МПС, вып. 4 60, М. , «Транспорт», 1 972.

СОДЕРЖАНИЕ

Предисловие . 1

1. Общие положения . 1

2. Задачи, методы и особенности геофизических обследований . 2

Задачи и методы геофизики . 2

Особенности электроразведки . 2

Особенности сейсморазведки . 7

3. Электроразведка . 8

Вертикальные электрические зондирования (ВЭЗ) 8

Электропрофилирование (ЭП) 13

Электроконтактное зондирование (ЭКЗ) 18

Электродинамическое зондирование (ЭДЗ) 23

4. Сейсморазведка . 26

Предпосылки использования сейсморазведки . 26

Аппаратура и оборудование . 26

Методика наблюдений . 27

Интерпретация результатов . 28

5. Комплексирование геофизических методов . 29

Приложение 1 Примеры геофизического обследования насыпей . 31

Приложение 2 Описание установки ЭКЗ . 36

Приложение 3 Описание электрической схемы прибора ИТ-73 . 38

Приложение 4 Образец заполнения полевого журнала при ЭДЗ . 40

Приложение 5 Ориентировочные данные динамического зондирования для оценки характеристик грунтов (из СН 448-72) 41

Литература . 42

Похожие документы