автореферат диссертации по разработке полезных ископаемых, 05.15.14, диссертация на тему:Теория, экспериментальные исследования и технико-технологическое обеспечение ударно-вибрационного бурения и зондирования грунтов

Г Б ид

б<Ц?>

1996

СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНАЯ

АКАДЕМИЯ

На ираиах рукописи УДК 622.24.030.3

Лухакгхов Георгий Владимирович

ТЕОРИЯ, ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И ТЕХНИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УДАРНО-ВИБРАЦИОННОГО БУРЕНИЯ И ЗОНДИРОВАНИЯ ГРУНТОВ

Специальность 05.15. $4 Техиолотя и техника н-о.Ю! «разведочных работ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соиекзние ученой етегггш»

доктора технических ¡¡лук

Москва 1996

Работа выполнена

па кафедре механики Московской государственной геологоразведочной академии

Официальные оппоненты:

д.т.н., проф., заслуженный деятель

науки и техники РФ, член-корр. АЕН РФ Д.Н.Башкатов д.т.п., проф. JI-С.Амарян

д.т.н., проф., член-корр. АЕН РФ О.В.Ошкордин Ведущее предприятие -

Государственный проектно-изыскательский институт "Фундаментпроект"

Защита диссертации состоится "у?/ * i^fe&P/lty? 1996 г. в /3 часов минут в аудитории N415, на заседании Специализированного совета Д 063-55.01 в Московской государственной геологоразведочной академии по адресу: 117873 ГСП-7 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГГА

Автореферат разослан /6 1996 г.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярях, заверенные печатью, просим направлять в адрес Совета.

У ч с 11 ы ¡i се кретар ь

Специализированного совета, '. ,___ !

д. i .п . прк , .чтор '/•■/(</-у.... ^ А.М.Лимитоискии

Общая характеристика работы

Актуальность работы. В общем комплексе геологоразведочных и изыскательских работ одно из наиболее важных мест занимают буровые работы. Именно они в основном определяют стоимость, сроки и качество разведки месторождений, а также инженерно-геологических изысканий в строительстве.

В восьмидесятых годах во многих крупных геологоразведочных и изыскательских организациях наметилась тенденция перевода всех работ тта индустриальную основу. Разделение на производственные отделы с узкой специализацией, замкнутый технологический цикл, определенная последовательная стадийность производства работ, комплексирование методов и технических средств, широкое использование компьютерной техники, внедрение н производство новейших достижении науки и техники, а также передового опыта ведущих организаций - основные черты этого процесса.

Изменение общей экономической политики в государстве естественно отразилось на геологоразведочной и изыскательской отрасли производства. Сокращаются госзаказы, распадаются или становятся нерентабельными крупные организации и объединения, появляются мелкие, в том числе кооперативы и малые предприятия. Объемы работ таких организаций, как правило, невелики и отличаются большой разнохарактерностью. В этих условиях уже не может идти речь об узкой специализации как технических средств, так и персонала. Актуальным становится использование универсальных методов и технических средств, в том числе буровых. Особое значение обретают методы, обеспечивающие быстрое получение общей необходимой информации.

Значительную часть объемов бурения составляют неглубокие скважины (10-20 м), проходимые в мягких и рыхлых породах. В основном неглубокое бурение проводится при инженерно-геологических изысканиях в строительстве, при разведке россыпных месторождений и стройматериалов, а также при поисковых и картировочных работах. Для бурения неглубоких скважин в отечественной и зарубежной практике используются различные способы бурения: колонковый "всухую", ударно-канатный сплошным и кольцевым забоем, медленно-вращательный, шнековый, ручной ударно-вращательный и другие.

Одним из наиболее современных и прогрессивных способов бурения неглубоких скважин является ударно-вибрационный (УВБ). Этот способ обеспечивает не только самую высокую производительность (50-70 м/смену), но и достаточно высокое качество получаемой геологической и инженерно-геологической информации. К бурению неглубоких скважин следует отнести также такие виды полевых исследований грунтов, как статическое, динамическое и ударно-вибрационное зондирование. При проведении этих работ образуется "цилиндрическая выработка, сравнительно малого поперечного сечения значительной длины (глубины)", а это не что иное, как буровая скважина.

По методу погружения породоразрушающего инструмента в грунт ударно-вибрационное бурение, динамическое и ударно-вибрационное зондирование с полным основанием могут быть отнесены к ударно-штанговому способу бурения. Широкое использование как в геологоразведочных, так и в изыскательских организациях разновидностей ударно-штангового бурения объясняется целым рядом достоинств этого способа. К их числу относятся высокая производительность по сравнению с другими способами, хорошее качество получаемой геологической и инженерно-геологической информации, простота используемого оборудования и т. д.

Ударно-вибрационное зондирование (УВЗ), как полевой экспресс-метод исследования свойств грунтов при инженерно-геологических изысканиях, применяется с 1973 года. Этот метод позволяет значительно сократить объем буровых работ, количество отбираемых из скважин монолитов, рационально разместить точки бурения на площадке и др. Все это способствует снижению стоимости, сокращению сроков и повышению качества и эффективности инженерно-геологических изысканий, что в свою очередь играет большую роль при рыночных отношениях. По существу ударно-вибрационное зондирование представляет собой одну из форм механического каротажа.

В последние годы совершенствование ударно-вибрационного бурения и зондирования существенно сдерживается из-за недостаточной теоретической и экспериментальной разработки ряда вопросов. Отсутствие теоретически обоснованных и экспериментально подтвержденных нормативно-методических документов на производство различных способов зондирования грунтов ограничивает их применение в изыскательских организациях.

Наиболее значительный вклад в развитие теории и практики ударно-вибрационного бурения и динамического зондирования внесли ученые: Д.Д.Баркан, В.Н.Тупиков, О.А.Савинов, П.Ф.Пальянов, А.Я.Лускин, В.М.Паши, И.И.Быховский, А.З.Левицкий, Б.В.Цинский, Л.И.Куник, В.Г.Кардыш, Д.Н.Башкатов, Е.К.Бондарик, В.А.Дуранте, М.И.Хазанов, Ю.Г.Трофименков, Л.С.Амарян и другие. Обобщающими работами по указанным проблемам являются работы Б.М.Ребрика и А.Я.Рубинштейна.

Цель работы - создание теоретических и производственно-технических основ для совершенствования и широкого внедрения в производство ударно-вибрационного бурения и зондирования грунтов, разработка методов интерпретации результатов ударпо-вибрационного бурения и зондирования, оценка их технико-экономической эффективности.

Основные задачи исследований. Для решения поставленной цели необходимо решение следующих задач научного и прикладного плана:

1. Разработка модели процесса и теоретическое исследование ударно-вибрацнониого погружения породоразрушающего инструмента в грунт с учетом жесткости бурильного стержня.

2. Теоретическое исследование и обоснование путей оптимизации ударно-инбрациошюго бурения и зондирования.

3. Разработка и теоретическое обоснование методов интерпретации результатов ударно-вибрационного бурения и зондирования грунтов с целью получения максимальной инженерно-геологической информации при изысканиях.

4. Экспериментальная и опытно-производственная проверка и подтверждение результатов проведенных теоретических исследований.

5. Разработка технико-технологического обеспечения ударно-вибрационного зондирования и бурения.

6. Анализ возможностей и разработка предложений по автоматизации и компьютеризации основных операций при производстве ударно-вибрационного зондирования.

7. Обоснование и разработка нормативно-методических документов, как основы для широкого и эффективного применения в промышленных масштабах исследуемого способа бурения и зондирования.

8. Оценка технико-экономической эффективности исследуемых способов и результатов проведенных исследований.

Принципиальные схемы рассматриваемых в работе способов реализации ударпо-вибрационного бурения и зондирования приведены на рис. 1.

Методы исследований. Поставленные задачи решались путем обобщения и анализа фондовых и литературных источников, проведения теоретических исследований, большого объема экспериментальных и опытно-производственных работ, а также всем арсеналом методов и средств изучения бурового процесса, накопленных за предшествующие годы и освещенных в работах таких ученых как Б.И.Воздвиженский, Н.И.Кули-чихин, С.А.Волков, Е.А.Козловский, А.Г.Калинин, Д.Н.Башкатов, В.Г. Кардыш, Л.Г.Грабчак, В.В. Алексеев, О.В.Ошкордин, Л.С.Амарян и другие.

Все проведенные исследования в той или иной мере являются развитием и продолжением работ, проведенных в этой области профессором Б.М.Ребриком.

При проведении исследований широко использовалась современная измерительная техника и новые автоматические электронные системы записи выходных параметров. Обработка результатов наблюдений, расчеты полученных теоретических зависимостей и их анализ проводились с помощью ЭВМ.

Научная новизна. Среди представленных в работе результатов более

двадцатилетнего исследования малоизученных вопросов ударно-вибрационного бурения и нового экспресс-метода полевого изучения грунтов -ударно-вибрационного зондирования - в первую очередь необходимо выделить следующие:

1. Впервые в отечественной и зарубежной практике предложена оригинальная фмзико-механическая модель ударно-вибрационного погружения бурового наконечника в упруго-пластическую среду, имитирующую

Рис. 1. Принципиальные схемы основных способов реализации ударно-вибрационного бурения и зондирования.

A, Б - бурение с верхним и нижним расположением ударного патрона;

B,Г - зондирование с верхним и нижним расположением ударного патрона;

Д - зондирование с муфтой трения, используемое при двойном зондировании для определения прочностных характеристик исследуемых грунтов;

Е - зондирование "свайкой" для определения несущей способности забивной сваи.

I - вибромолот, 2 - виброзонд, 3 - бурильные трубы, 4 - зондировочный

конус, > у. ,:рный патрон, 6 - муфта трения, 7 - "свайка".

основные свойства грунта. В отличие от ранее известных, в новой модели процесса введена упругость бурильной колонны. Установлен характер связи действующих на породорачрушающнй инструмент сил сопротивления с физико-механическими свойствами грунта; С, <р и Е.

В результате теоретических модельных исследований получена общая расчетная формула для определения оптимальной длины рейса при ударно-вибрационной бурении - единственного параметра, регулируемого в процессе бурения.

Получена теоретически и подтверждена экспериментально зависимость скорости ударно-вибрационного погружения бурового наконечника в грунт от глубины бурения, длины рейса, параметров породоразру-шиюитрго инструмента, есойстз гру.т.'х I. На основании полученных теоретических выводов разработаны и внедрены в производство практические рекомендации по технологии ударно-вибрационного бурения. Предложен ряд новых конструкций породо-разрушающего инструмента рациональной геометрической формы. Разработаны буровые наконечники для ударно-вибрационного бурения в сложных геологических условиях. 3. Предложен и теоретически обоснован новый экспресс-метод полевого испытания грунтов - ударно-вибрационное зондирование. Доказана теоретически и опробована в производственных условиях возможность по результатам ударно-вибрационного зондирования с высокой точностью:

а) расчленять разрез на отдельные слон (инженерно-геологические элементы, ИГЭ);

б) определять физико-механические свойства зондируемых грунтов,

в) прогнозировать возможную осадку грумиыпх естественных оснований от действия внешних нагрузок;

г) оценивать несущую способность висячих свай.

Достоверность и обоснованность научных положений, выводов, разработок и рекомендаций доказаны результатами экспериментальных и

опытно-производственных исследований, проведением сравнительных работ, созданием на основе полученных результатов нормативно-методических документов республиканского и государственного значения, а также экономической эффективностью от их реализации.

Практическая ценность работы заключается в новом представлении процесса ударно-вибрационного погружения породоразрушающего инструмента н грунт, позволяющего не только определить пути интенсификации этого процесса, но и решать обратную задачу - по скорости

погружения инструмента определять основные характеристики грунтов.

Решены следующие практические задачи:

1. Определены зависимости скорости УВБ и УВЗ как от параметров применяемого оборудования, так и от физико-механических свойств грунтов.

2. Теоретически обоснована, проверена экспериментально и внедрена в производство рациональная технология ударно-вибрационного бурения (оптимальная длина рейса, рациональный породоразрушающий инструмент и т.д.).

3. Предложен, опробирован и внедрен в производство самый высокопроизводительный и дешевый метод полевых испытаний грунтов - ударно-вибрационное зондирование.

4. Разработаны методики интерпретации результатов УВЗ для решения следующих практических задач:

- расчленение геологического разреза на отдельные слои; -определение прочностных и деформационных характеристик грунтов;

- оценка возможной осадки грунтового основания под действием внешней статической нагрузки;

-расчет несущей способности забивных свай.

Все методики внедрены в производство изысканий и позволяют полностью автоматизировать весь процесс, от записи получаемых результатов УВЗ, до камеральной обработки изучаемого материала.

5. Разработана, изготовлена и внедрена в производство специальная электронная система, позволяющая автоматически регистрировать, записывать, хранить и обрабатывать результаты УВЗ.

Реализация работы. Результаты исследований используются при геологоразведочном бурении и инженерно-геологических изысканиях в Мосгоргеотресте, БелГИИЗе, Мосинжпроекте, Эстонколхозпроекте, Верх-не-Волжском ТИСИЗе, ЧувашТИСИЗе, организациях Минводхоза, Министерства обороны РФ и многих других.

Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований докладывались на научных конференциях МГГА (ежегодно с 1973 г.), на Всесоюзных конференциях и совещаниях в Ленинграде, Киеве и Минске, на техсоветах БелГИИЗа, ПНИИИСа, Мосгоргеотреста, Фунда-ментпроекта и других.

Публикации. Основные результаты проведенных исследований опубликованы более чем в 60 статьях и двух обзорах, представлены в пяти нормативно-методических документах. Получено пять авторских свидетельств.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа изложена на 265 стр. машинописного текста и содержит 34 рисунка, 33 таблицы, список литературы из 150 наименований. Состоит диссертация из введения, девяти пав, выводов и четырех приложений.

Во введении обосновывается необходимость и актуальность проведенных исследований.

В первой главе дан анализ современного состояния теории и практики бурения и зондирования пород рыхлого комплекса ударно-вибрационным методом. Сформулированы цели и задачи исследований.

Вторая глава посвящена разработке модели для исследования процесса ударно-вибрационного бурения, теоретическим исследованиям УВБ с верхним и нижним расположением ударного патрона, оптимальной длины рейса, а также рассмотрению теоретических аспектов оптимизации УВБ и совершенствования конструкций породо-разрушающего инструмента.

В третьей главе приведено теоретическое обосноваште метода ударпо-вибрациоццого зондирования и основные положения при интерпретации получаемых результатов.

Методика проведения экспериментальных и опытно-производственных работ, а также применяемое при этом оборудование описаны в четвертой главе.

Пятая глава посвящена разработке рациональной технологии и технических средств для УВБ.

Возможные практические методы интерпретации результатов УВЗ представлены в главе шесть.

В главе семь описаны экспериментальные исследования, проведенные с целью совершенствования технико-технологического обеспечения УВЗ, а в восьмой - экспериментальная проверка точности определения общего модуля деформации грунтов по результатам УВЗ.

Девятая, заключительная глава, посвящена оценке технико-экономической эффективности проведенных исследований. В ней изложены также перспективы дальнейшего развития ударно-вибрационного бурения и зондирования грунтов.

Основные выводы и защищаемые положения отражают обобщенные результаты исследований в соответствии с поставленными задачами и цели диссертациошюй работы.

Работы по теме проводились с 1973 г. на кафедре механики МГТА. Экспериментальные и опытно-производственные исследования осуществлялись в самых различных геологических и инженерно-геологических разрезах на производственных объектах Мосгоргеотреста, БелГИИЗа, Эстон-колхозпроекга, Верхне-Волжского ТИСИЗа, ЧувашТИСИЗа, организациях Минводхоза и Министерства обороны РФ.

Настоящая работа обобщает более чем двадцатилетнюю деятельность автора по изучению и совершенствованию процесса ударно-вибрационного способа бурения скважин, а также созданию, разработке и внедрению в производство пового экспресс-метода полевого исследования грунтов -ударно-вибрационного зондирования.

В разработке отдельных вопросов и практических задач на определенных этапах исследований участвовали сотрудники кафедры механики МГГА Е.С.Булгаков, В.А.Барашков, А.М.Волков, В.Н.Калиничев, Д.И. Павлов, Н.В.Смирнов, Ю.А.Арсентьев, А.Б.Рубан, П.В.Фадеев и А.П.

Назаров. Все работы проводились при консультационном и непосредственном участии профессора Б.М.Ребрика.

Проведение громадного комплекса экспериментальных и опытно-производственных работ без содействия и помощи руководства различных геологических и изыскательских организаций невозможно. Автор искренне благодарен сотрудникам БелГИИИЗа, Верхне-Волжского ТИСИЗа, Мос-горгеотреста, ЧувашТИСИЗа и других организаций (от руководства до буровых бригад) за участие в работах и предоставление возможности их проведения. Автор также благодарит всех работников кафедры механики за дружескую помощь в подготовке работы, сотрудников кафедры разведочного бурения (зав. кафедрой профессор Калинин А.Г.) за искреннюю заинтересованность в работе и поддержку, профессора Д.Н.Башкатова за помощь и ценные замечания.

Основные защищаемые положения Первое положение:

Разработанная модель ударно-вибрационного погружения породоразру-шающего инструмента в упруго-пластическую среду более полно отражает реальный процесс, чем известные ранее модели. Исследование этого процесса с помощью новой модели дает возможность не только получить общие расчетные зависимости скорости ударно-вибрационного бурения (УВБ) от параметров применяемого оборудования, глубины бурения, сопротивлений грунта и расположения ударного патрона, но и определить основные направления оптимизации УВБ.

Современные теоретические исследования процесса ударного бурения в основном заключаются в поисках и изучении законов движения породо-разрушающего инструмента в среде, характеризующейся определенным набором упруго-вязко-пластических свойств и имитирующей ту или иную реальную горную породу. При этом главной задачей является нахождение закона движения элемента в грунте, а уже на основе этого закона определяются все основные характеристики его перемещения: погружение за единичный удар, скорость погружения, максимально возможная глубина погружения, степень влияния свойств среды и параметров всей системы на процесс погружения. При моделировании изучаемых процессов наибольшие трудности представляет выбор модели грунта. Огромное многообразие грунтов и их физико-механических свойств, непосредственно влияющих на процесс погружения породоразрушающего инструмента делает не реальным разработку специальной модели для каждого типа грунта. Поэтому при моделировании грунта необходимо стремиться к минимальному количеству параметров, влияющих на процесс погружения, с одной стороны, и с другой - к тому, чтобы они охватывали возможно большее число типов грунтов.

При моделировании процесса передачи энергии породоразрушающему инструменту ри ударно-штанговом забивном бурении бурильный стер-

жень (или обсадная труба) чаще всего рассматривается как абсолютно твердое или как идеально упругое тело. Из других моделей наибольший интерес представляет волновая модель ударной забивки обсадных труб, предложенная В.В.Акслером и Л.А.Шумовым. Авторы предлагают рассматривать забивку колонны обсадных труб единичными ударами как волновой процесс переноса кинетической энергии ударной массы через обсадные трубы к грунту.

Закономерности взаимодействия зонда с грунтом с позиций волновой теории удара исследовались также в работах В.Б.Соколинского, А.Я. Рубинштейна, С.С.Хворостовского и других. Однако при использовании известных методик, основанных на волновой модели процесса, необходимо располагать значггтельпым количеством исходных данных юк по применяемому оборудованию, так и по грунту. Кроме того, ударно-впбращтоппос бурение и зондирование в основном проводятся до глубины 10 - 15 м, и в редких случаях до 20 м, тогда как волновые процессы наиболее наглядно проявляются при более значительных длинах бурильной колонны.

При выборе общей модели процесса и, в частности, при разработке модели грунта для моделирования ударно-вибрационного бурения и зондирования необходимо стремиться к минимизации числа характеристик грунта н иметь возможность изменять количественные значения последних в достаточных пределах. Имея в виду, что исследование поведения модели -это теоретическое исследование процесса, помимо ранее отмеченного основного требования, в наиболее общем виде главные требования к модели ударно-вибрационного (или вообще ударного) бурения грунтов можно свести к следующим:

1) модель должна быть достаточно простой и допускать исследование аналитическими или численными методами;

2) она должна включать в себя минимально необходимое число исходных параметров, характеризующих процесс,

3) модель должна обеспечивать получение зависимостей в общем виде для вычисления искомых величин, исследования и сознательного управления процессом в целом;

4) должна позволять решать обратную задачу, т.е. на основе полученных опытным путем данных определять какие-либо параметры системы;

5) модель должна обеспечивать получение расчетных формул.

На основе анализа существующих моделей грунтов и с учетом изложенных выше требований, для теоретических исследований ударно-вибрационного бурения и зондирования разработана специальная модель процесса, представленная на рис. 2.

Сущность процесса состоит в следующем. По верхнему концу бурового снаряда, состоящего из заглубленного п грунт на некоторую величину I породоразрушающего инструмента, периодически наносятся удары массой т. Частота ударов такова, что перед каждым последующим ударом буровой снаряд находится в покое. В случае ударно-вибраци-

А Б В

Рис. 2. Схематизация ударно-вибрационного погружения элементов в грунт.

А - бурение грунтов; Б - зондирование грунтов;

В - упруго-пластическая модель забивки элементов в грунт:

1 - положение системы до удара,

2 - положение системы после удара (при максимальном

смещении массы вниз).

онного бурения породоразрушающий инструмент моделируется гладкой трубой с плоским торцом (рис. 2 А), а при моделировании зондирования -конусным зондом (рис. 2 Б).

При моделировании процесса вводятся следующие допущения (рис. 2

В):

1) масса т является абсолютно твердым телом;

2) бурильная колонна представляет собой идеальную пружину с коэффициентом жесткости С/, масса колонны сосредоточена в ее верхней части;

3) грунт моделируется упруго-пластичной средой без вязких сопротивлений (то есть идеальной пружиной с коэффициентом жесткости С2 и постоянной пластической силой сопротивления грунта Р);

4) удар является абсолютно неупругим, то есть коэффициент восстановления равен нулю;

5) волновые явления, происходящие в бурильном стержне, не учитываются;

6) масса породоразрушающего инструмента (ш/) мала, и ее влияние не учитывается;

7) максимальная деформация грунта (А) складывается из упругой и пластической составляющих, причем обе они являются остаточными, то есть упругие деформации, а точнее, пропорциональные перемещению, не восстанавливаются.

Для исследования процесса ударно-вибрационного бурения рассмотрим разработанную модель с целью определения в общем виде величины погружения породоразрушающего инструмента в грунт за один удар - А. В соответствии с принятыми допущениями, на породоразрушающий инструмент при его перемещении действуют только постоянные силы и силы, пропорциональные перемещению. Следовательно, для нахождения величины его погружения за единичный удар целесообразно использовать теорему об изменении кинетической энергии системы. В общем виде для разработанной модели указанная теорема выразится равенством:

2 2

где т - масса ударной'части,

г<£ - конечная скорость движения ударной массы, равная О,

V - скорость движения ударной массы в момент соприкосновения ее с бурильными трубами, А - сумма работ всех внешних и внутренних сил:

£ А = А, +А? + Л, + Аг (2)

Здесь приняты следующие обозначения:

Л] - работа силы тяжести Р ударной массы и бурового сиаряда на перемещении х + И, где х - деформация пружины С/ (бурильного стержня):

Д=Р(х + Л); (3)

.Л2- работа упругой силы пружины С/:

(4)

работа силы пружины С2, пропорциональной перемещению:

(5)

А4- работа постоянных сопротивлений

А4 = (6)

Подставив выражения (3)-(6) в (2) и затем в (1), и учитывая, что = О, получим:

= + (7)

то2 + 2Р(х + А) = С,х2 + С ¡И2 + 2Рк. (8)

В последнем равенстве, с точностью до общего множителя 1/2, в левой части - кинетическая энергия ударной массы и работа силы тяжести - величины, обеспечивающие погружение снаряда, в правой - работа упругой деформации бурильного стержня, деформации грунта, пропорциональной перемещению, и работа сил пластического сопротивления, то есть величины, характеризующие затраты полезной энергии.

Условие равновесия породоразрушакмцего инструмента (массы иг/) имеет вид:

С,х = + Р, (9)

откуда

* = + —. (10) С, С,

Подставив (9) и (10) в (8), получим:

ть1 + + — + 2РЬ =

С, С,

= + ] + + (11) V С, С

и после преобразований

С,(С, + С,)/гг - 2(С, + С,)(Р - /0/г - С,то3 - Р(2Р-Р) = 0; (12)

c} C/C, -i c,,

Решим квадратное уравнение (13) отноенггяыю /г, получим:

р - я (Р-РУ с, „••,/.<'/- /о с, V с/с^с,)

Используемая в уравнениях величина С/ представляет собой коэффи цненг жесткости бурильного стержня. В процессе углубления скважины длина бурильного или зондпровочного стержня меняется, вследствие чего меняется и его коэффициент жесткости. Естественно что «ем длиннее птт'»' пгпггпе его :-:сест::ссть. Предала;- ьелич*.пу С» как

С,=§, (15)

где С?'- коэффициент жесткости единицы длины бурильного стержня,

Н -длина бурильного стержня или, в первом приближении, глубина скважины.

Тогда выражение (14) можно переписать в виде:

и P-F

Щ , = —— ±

\

(Р - F)2 C/mv2 +HFC2P- F)

---}---—

с- слс,'ьнс:>

1о:кольку у рассматриваемом процессе е> и егда наппанлени н ту же сторо-!-,' что н h, перед корнем необходимо брать положитен.иич jh?k Оконча-сл:л:у формула для определения h нринимаег вид:

, Я - F (P-F)' С, ' mv + HF<2 Р - /•)

,, -------+- ------+ _J-----------------------а/)

с2 }i с] сг(с;+яс,)

Полученное выражение позволяет рассчитать величину погружении нородоразрушающего инструмента за единичный удгр в завнсимости от входящих в него параметров и использовать результат для определения скорости погружения снаряда по формуле:

Y - h ■ ri, U 8)

1де п -число ударов в единицу времени (частота ударов).

При сопоставлении эффективности ударно-вибрационного бурения с верхним и нижним расположением ударного патрона использовалась принципиально та же модель, что и ранее рэсс??отреппая, по несколько усложненная. Так, масса буртьной колонны «г? разделена на две акланляю-сл!';: не зависящую от длины бурильной колонны - г??/ и пропорциональную ее длине - m/'ff, где m/' - масса одного метра колонны. Кроме тою, введены коэффициент ft учитывающий изменение кинетической энергии при абсолюты) неупругом ударе (теорема Карпо), н мощность, расходуемая на удары - W. В результате получено выражение:

(т;+т,"Н)д-Р С,

(т,'+т"Н)д-Р 1 2С,'ЛУ/п • / + НР[2(т,'+тг"Н)д - К/ , С, ] + Сг(С,'+НС])

где т{ = ш/ + ту, т/ - масса вибромолота.

Выражение (19) можно рассматривать как уточненную и детализированную модификацию соотношения (17), справедливую и для верхнего и для нижнего расположения ударного патрона. В первом случае, при верхнем расположении патрона, значение коэффициента f задается соотношением

Г= т\„, (20)

т, +т2 Н

при нижнем расположении ударного патрона

{ = 1. (21) Анализ выражения (19) показывает, что при нижнем расположении ударного патрона и максимальная глубина бурения и начальная скорость погружения больше, чем при верхнем расположении.

Второе защищаемое положение:

Обоснование существования оптимальной длины рейса при ударно-вибрационном. бурении и получение расчетной зависимости этого важного параметра от различных факторов позволили разработать практические рекомендации и номограммы для определения оптимальной длины рейса. Соблюдение оптимальной длины рейса значительно сокращает затраты времени на сооружение скважин.

Рейсовая скорость (Ур) при ударно-вибрационном бурении может быть определена как

Ур=Ь/(и+и), (22)

где Ь - длина рейса,

£е - время чистого бурения, £г - время на сопутствующие операции. Очевидно, что Ур достигает максимальной величины, Ур-т<«, при минимальном значении знаменателя в (22). Величины и £с при этом определяются выражениями:

= (23)

о у*

и=а + ЬН, (24)

где Ум - мгновенная механическая скорость бурения, Н - глубина скважины,

а и Ь - постоянные коэффициенты, зависящие от технико-технологических и природных факторов, I - углубление зонда в грунт в рейсе. Подставив (23) и (24) в формулу (22), перепишем ее в виде:

(25)

1 (<11 а + ЬН

_ — +----

Задача состоит в том, чтобы найти такое значение аргумента Ь, при котором выражение, стоящее в (25) в знаменателе, достигает минимального значения. Для этого необходимо решить уравнение

+ = (26) Подставляя вместо V* ее значение из формулы (18), имеем:

(27)

дЬ\Ь {кп) <?/Л L )

Взяв производные и произведя преобразования, получим:

к-\й = п.(а+ЬН). (28)

А \ Л

В формулу (17), определяющую /г, входит величина р, моделирующая пластические сопротивления грунта. Для ударно-вибрационного бурения эта величина может быть представлена как сумма сопротивлений по лобовой (Рл) и боковой (,Р<у) поверхности бурового наконечника:

Я = И, + 1-е. (29)

Величина сопротивления по боковой поверхности, Р$, определяется через углубление зонда, I, как

= а -I, (30)

где

« = /"•5*. (31)

( - удельное сопротивление грунта по боковой поверхности зонда, Яв - площадь боковой поверхности единицы длины зонда.

С учетом выражений (29) и (30), формулу (17) перепишем в виде:

, р-с/-, +«•/;

А= С2 +______

[/Р-(Рл + а ■ I)]2 СГпю} + И(Р, + а • Щ2Р- (Р, + а ■ I)]

+ .-1—,-+ ■ ---

С/ с2(с,-+нс>)

(32)

или, введя обозначения

Ф = /гС}, Ф(1) = И(1) СФ(и = Н(и-С1, (33)

Ф (D = P-(F.+al) +

+ .[P-(Ft+al)}2 +

Ci'mv2 + H(Fa + a -l)[2P-(F.+a-O] H+C,'/C2

Таким образом, формула (28) принимает вид

L Lr dl _ п(а + ЬН) Ф(Ь) I Ф(I) С2

(35)

Для определения оптимальной длины рейса необходимо решить уравнение (35) относительно L, н результаты представить в виде L = f(H) при различных комбинациях параметров, входящих в выражение (32).

После ряда преобразований и замен переменных, проведенных с целью упрощения интегрирования, сокращения записи получаемых выражений и получения возможности анализа этих выражений, уравнение (35) было решено, а результаты представлены в виде графиков зависимостей Lonm — f(H) для различных грунтовых условий.

Построенные графики позволяют определять оптимальную длину рейса при УВБ любых грунтов буровой установкой АВБ-2М с использованием стандартного бурового инструмента (вибромолот ВБ-7, бурильные трубы диаметром 63.5 мм, диаметры зондов 108, 127, 146 и 168 мм).

Анализ полученных 1296 кривых, определяющих зависимость Х^олт f(H) при различных комбинациях исходных параметров бурения, позволяет сделать следующие выводы:

1. Оптимальная длина рейса зависит от глубины скважины и грунтовых условий. С увеличением глубины бурения оптимальная длина рейса уменьшается. Увеличение плотности разбуриваемых пород также приводит к уменьшению оптимальной длины рейса.

2. Значения параметров С 2, Fл и 6 не оказывают значительного влияния на величину оптимальной длины рейса и играют роль лишь на небольших глубинах СЕГ < 10 м).

3. С увеличением глубины бурения увеличивается влияние диаметра бурового зонда на величину оптимальной длины рейса.

4. Сокращение времени, затрачиваемого на спуско-подъемные и вспомогательные операции, уменьшает величину оптимальной длины рейса.

На основе проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны номограммы и практические рекомендации по определению оптимальной длины рейса для различных условий бурения. Рекомендуемые оптимальные длины рейсов в зависимости от глубины скважин и условий бурения приведены в таблице 1.

При объеме бурения 600 тыс. м/год экономия за счет соблюдения оптимально]"' длины рейса может составить 900 станко-смен.

Таблица 1.

Рекомендуемые длины ренсоп прл ударно-г.иОрацноннои бурешп:

Нггтерсал глубин, м Условия бурения

легкие средние тяжел ге ле! кис средние гзже-ме

Диаметр скважины 108 мм Диаметр скважипы 146 мм

0 - 4 4.0 3.5 3 0 3.0 !.5 2.0

4-10 2.5 2.0 1.5 2.5 1.5 1.0

10 - 20 2.0 $.5 ¡.0 2.0 ¡.0 0./

Более 20 1.5 1.0 0.7 1.5 0.7 0.4

Третье защищаемое положение:

В результате исследования модели предложен и теоретически обоснован новый высокопроизводительный экспресс-метод полевого исследования грунтов - ударно-вибрационное зондирование (УРЗ). По результатам

УПЗ геологический разрез с высокой точностью расленяетсу. на отдельные слои, определяются физика-механические, свойства зомбируемых грунтов, вохчожная осадка грунтовых естественных осшииший от дей-тчич внешней нагрузки и несущая способность забивных висячих свай.

Ударпо-пибрационпое зондирование - нсрл,!;! пкспресс-метод пиленого )' ¡умения физико-механических свойств грунтов - используется в геологоразведке и при инженерно-геологических изысканиях иод строительство с цепью получения максимальной информации как об участке в целом, т<л< н свойствах отдельных слоев.

Термин "зондирование" происходи! от французскою слова "ьопс!е1" -исследовать, выведывать, выяснять. Процессы ударно-вибрационного бурения и зондирования принципиально идентичны, различие .мьлючастся лишь в нородоразрушающем инструменте. При бурении ютючмуются специальные буровые виброзонды, стаканы, желонки и грунтоносы, при зондировании - конический наконечник.

Для общей оценки изучаемого участка с помощью ударно-вибрацион-

поги зонднрования решаются следующие задачи:

• 1>!шр(деление степени однородности представленных па участке грунтов

как но глубине, так и но площади; (>) выявление границ инженерно геологических племен тон; к)определение глубины залегания скальных (коренных) ¡юрод и выделение несущего слоя для свайных оснований; г) выбор и оценка оптимального варианта отбора монолитов;

д) выявление и оконтуривание в плане и по глубине ослабленных зон для точной привязки места проведения опытных работ.

Определение частных характеристик отдельных слоев в основном сводится к оценке прочностных и деформационных свойств грунтов на отдельных интервалах или в отдельных точках. На основе получаемой информации имеется возможность прогнозировать осадку естественного грунтового основания под действием статических нагрузок и несущую способность отдельной сваи при проектировании свайного фундамента.

Выходным параметром ударно-вибрационного зондирования является скорость погружения зонда, изменение которой по глубине фиксируется и записывается в течение всего зондирования непрерывно.

Для теоретического исследования процесса ударно-вибрационного зондирования ранее принятая модель для УВБ была несколько усложнена с целью более полного учета влияния глубины зондирования на скорость погружения конуса. Условная точка концентрации массы колонны из ее верхней части была перенесена в центр тяжести, что более соответствует действительности. В результате исследования процесса УВЗ с помощью уточненной модели показано, что при значительных пластических сопротивлениях грунта и значительных глубинах зондирования применение при расчетах формулы (36) вместо (37) может привести к некоторому завышению рассчетного значения Л.

, (т. + т,Н) -д-Р п = —----+

(т) + т2Н) -д-Р] 2С/-• { + НР[2( т, + т2Н) -д-Р]

(36)

с/с;+нс2)

(т. + 772,Я) д-Р т,дН /г = —г-1-Ч.-+

с2 2[(1+с;/( нс2)]

(т1 + т}Н) -д — Р т2дН

С2 21(1 + С,'/(НС2))

(37)

гС/ЛУ/п • /■ + НР[ 2(т1 + тп2 - Н!2) -д-Р}

с2(с;+нс2)

Как показывает опыт применения ударно-вибрационного зондирования, при скорости зондирования > 0.05 м/с выражение (36) определяет А достаточно точно. При меньших скоростях предпочтительно использовать формулу (37), то есть уточненную модель процесса.

Методика расчленения геологического разреза на отдельные слои. Граница между слоями отмечается только на участках существенного изменен ч скорости ударно-вибрационного зондирования, на "пере-

ломных" для скорости интервалах глубин. Следует отметить, что если на определенном участке с увеличением глубины скорость зондирования увеличивается, то в этом случае обязательно имеется граница между слоями. Кроме того, разделение толщи на слои по результатам зондирования является условным. Критерием при выделении отдельных слоев здесь служат только определенные физико-механические свойства.

Основная задача состоит в том, чтобы установить предельное значение которое однозначпо "отбивало" бы границы между слоями для данного разреза. Естественно, что значение АУ„ред не может быть одинаковым для всех случаев. С целью обеспечения примерно равной вероятности фиксации границ, значение АУяреэ должно возрастать пропорционально числу сгупеней изменения скорости и быть разным для различных интервалов записи скорости зондирования (базовых интервалов).

В результате анализа фактического материала установлено, что независимо от того, возрастает или убывает скорость, большему числу ступеней соответствует и большее различие между скоростями. Кроме того, при большем базовом интервале зондирования во всех случаях различие между скоростями меньше. Взаимосвязь значений А УсР (среднего значения разности скоростей) и числа интервалов возрастания или убывания может быть аппроксимирована прямолинейной зависимостью.

На основании экспериментальных и опытно-производственных исследований в соответствии с вышесказанным определены значения ДУ„реа для различных случаев изменения скорости. Результаты исследований приведены в таблице 2.

Таблица 2.

Значение ЛУ„,)е а для различных случаев изменения скорости [см/с]

Число ступеней Базовый интервал зондирования 0.5 м Базовый интервал зондирования 0.2 м

1 2.5 3.5

2 3.5 4.5

3 4.5 5.5

4 5.5 6.5

5 6.5 7.5

6 7.5 8.5

7 и более 8.5 9.5

Необходимо отметить, что разработанная методика расчленения исследуемой толщи на отдельные слои не имеет аналогов. При проведении статического и динамического зондирования определение границ слоев производится визуально. Новая методика позволяет вплотную подойти к компьютерной обработке получаемых материалов.

Определение общего модуля деформации грунтов. Для проверки гипотезы о прямой связи между модулем общей деформации грунтов Е и модельным параметром грунта Сг проведен комплекс опытных работ. В различных грунтах, модули деформации которых были определены с помощью штамповых испытаний, проводилось ударно-вибрационное зондирование. График зависимости скорости ударно-вибрационного зондирования от модуля деформации зондируемых грунтов приведен на рис. 3. Здесь же показаны теоретические зависимости вида V = {(С2), построенные для различных значений Е по формуле (36).

Полученная экспериментальная зависимость между скоростью ударно-вибрационного зондирования и модулем общей деформации зондируемых грунтов весьма близка к выведенной теоретической связи между скоростью погружения снаряда и модельным параметром Сг-

На основании полученных результатов составлена таблица для определения модуля деформации грунтов по результатам ударно-вибрационного зондирования (табл. 3).

Таблица 3.

Значения общего модуля деформации грунтов в зависимости от скорости ударно-вибрационного зондирования

Гравийный грунт, гравийный н крупнозернистый песок

V, см/с У <2 2 < У< 5 5 < V < 10 10 2 V < 15 15 < V

Е, МПа 43.8 31.3 22.5 14.4 10.0

тя 4.9 2.3 1.4 1.7 1.3

ОЕ 17.8 12.7 7.4 6.5 3.7

Песок средаезернистыи, мелкозернистый и пылеватый

V,см/с V < 2 2 < V < 5 5 < V < 10 10 < V < 15 15 < V

Е, МПа 37.0 33.1 28.7 19.0 14.7

1.8 1.4 1.2 1.5 1.9

СЕ 17.0 14.1 9.9 8.7 7.25

Супеся - суглинки

V, см/с У<2 2 < V < 5 5 < V < 10 10< У<15 15 <У

Е, МПа 27.3 21.5 8.6 14.0 -

тЕ 2.5 2.2 1.8 0.8 -

ОЕ 15.2 11.7 9.6 6.2 -

Примечание:Я -среднее значение общего модуля деформации грунтов в указанном диапазоне скоростей V; ше - среднеквадратическое отклонение приведенных средних значений Е;

СЕ -среднеквадратическое отклонение измеренных значений общего модуля деформации грунтов.

F^0.4 ■ 104 H

F-0.8 104 H

ÏF=i.8 10a H

F -3.0 10* hl

ТИ.О 10- H

Г-—7.0 10" ,'7

2 fO: ¿WO' С-¡O' S-W ¡O" t, ¡i/V 3-106 6-W6 9-105 12-ю6 15-10е с2, Н/м

<л тло/Хулп ошцеи деформации грунтов.

i,'..:.,»;>'.< hr ; " 7 r>!;*::.ih .<>:■ чей ч-ir ь V --!(C.¿)

lia ; -.'спич. , un. vv,: . /•', '™3?:.:¡ ^^-.tu.-uunu схиятш.

определений.

Из таблицы следует, что точность определения Е растет с увеличением скорости зондирования. Это отмечалось неоднократно и при проведении опытно-экспериментальных работ. Следовательно, для повышения точности определения модуля деформации необходимо либо увеличивать погружающую способность вибромолота, либо уменьшать сопротивление грунта за счет уменьшения диаметра конуса. Применение нижнего расположения ударного патрона также увеличивает скорость погружения.

Для практического применения модуль деформации может быть определен непосредственно по формуле:

Е •= a/V, (38)

где V выражено в см/с, а Е в МПа. Коэффициент а для средних, мелких и пылеватых песков равен 50.4, для глинистых пород - 44.7.

Следует подчеркнуть, что при использовании методики прямого определения модуля деформации по скорости зондирования практически исключается завышенное значение модуля. Модуль деформации, определенный по данной методике, может быть или равен истинному, или несколько меньше истинного, но не больше, так как на всех графиках зависимости Е = f(V) горизонтальная ветвь гиперболы опущена ниже подавляющего количества экспериментальных точек.

Методика определения прочностных свойств грунтов. Для

определения прочностных свойств грунтов предлагается использовать двойное зондирование, сущность которого заключается в следующем. Две зондировочные скважины проходятся в непосредственной близости друг от друга (1.5 - 2.0 м). Зондирование осуществляется двумя различными типами инструмента, обычным зондом-конусом и зондом с шероховатой муфтой определенной длины, помещенной непосредственно над конусом. Во втором случае скорость погружения будет меньше из-за дополнительных сопротивлений грунта по боковой поверхности. Так как муфта шероховатая, в процессе погружения происходит не скольжение муфты по грунту, а срезание или сдвиг грунта по поверхности наружного цилиндра муфты, то есть более полная имитация лабораторного испытания грунтов на сдвиг при природном боковом (нормальном) давлении.

Метод испытания пород в срезных приборах состоит в определении их сопротивления сдвигу путем среза (сдвига) части образца породы по заранее фиксированной поверхности. В результате испытания по определенным методикам определяют коэффициент внутреннего трения и общее удельное сцепление грунта.

Так как мощность W, потребляемая беспружинным вибромолотом, постоянна, введя обозначения

Рл - сопротивление грунта внедрению конуса, F6 - сопротивление грунта по боковой поверхности муфты, можем записать:

1 Я + Я

Из (39) и (40)

V - V

Р = IV • —-2~. (41)

6 УУ

12

В модельный параметр Р сопротивления Рл и Ра входят как сумма:

Р = + Р6), (42)

где к - безразмерный переходный коэффициент.

Сопротивление рыхлых несвязных пород сдвигу, в соответствии с законом Кулона, есть сопротивление трения, прямо пропорциональное нормальному давлению:

г = Ьдср ■ ан, (43)

где х - предельное сдвигающее напряжение (или удельное боковое сопротивление),

Ьд>р - коэффициент пропорциональности, угловой коэффициент зависимости сопротивления породы сдвигу от нормального давления,

ан - нормальное уплотняющее давление.

В инженерной геологии угол носит название угла внутреннего трения, а tgtp - коэффициент внутреннего трения. Обычно при расчетах Ьд(р

обозначают

В рассматриваемом случае боковое нормальное уплотняющее давление, в соответствии с основами механики грунтов, зависит от объемного веса вышележащих пород (у) и глубины проведения опыта (//):

и

(44)

^ Д п

где ¡1 - коэффициент Пуассона. Определяя из (43) и учитывая, что

Р6 = г-(45)

где боковая пющадь муфты, использовав соотношения (41) и (44), получаем:

= . (46)

о

Закон Кулона, определяющий предельное сопротивление сдвигу связных, глинистых грунтов, выражается формулой

г = С+/'стк, (47)

где С- параметр, определяющий часть сопротивления сдвигу, не зависящую от нормального давления - общее сцепление.

Для глинистых грунтов величина f = tg<р колеблется в очень малых пределах и может быть принята постоянной величиной. Определяя С из (47), после преобразований, аналогичных предыдущим, получаем:

V - V "

C = W--1-— — f ——— (V ■ dH. (48)

VJ^S 1-fi Y

Полученные формулы, связывающие прочностные характеристики С и <р с параметрами двойного зондирования, дают возможность определять эти характеристики грунтов по результатам ударно-вибрационного зондирования.

Определение осадки. Принимая за исходные положения требования СНиП 2.02.01-83, для определения осадки грунтового основания по результатам ударно-вибрационного зондирования используем расчетную схему линейно деформируемого полупространства и метод послойного суммирования. В этом случае осадка S определяется по формуле:

S = 0.±a'(p')-A<, (49)

¡-i E¡

где р - безразмерный коэффициент, равный 0.8,

аг(р.) - среднее значение дополнительного вертикального нормального напряжения в i-ом слое грунта, равное полусумме вертикальных нормальных напряжет:й на верхней и нижней границах слоя от избыточной нагрузки, h{ и Е; - соответственно, мощность и модуль деформации х-го слоя, п - число слоев, на которые разбита сжимаемая толща основа-

ния.

Имея в виду, что при малых мощностях сжимаемой толщи (3-4 м) изменение crz(pi) незначительно, можно с некоторым допущением принять: cr2(p¡) = а„зб — const. Тогда

S = fi-aU3(-fthi/Ei. (50)

¡-i

Модуль общей деформации i-ro слоя - E¡ - определяется по средней скорости погружения зонда в данном слое, V/, и может быть представлен, исходя из выражения (38), в виде:

(51)

где а - полуэмпирический коэффициент, зависящий как от параметров применяемого оборудования, так и от свойств зондируемых грунтов.

Методика и технология проведения ударно-внбрационного зондирования позволяют определять как среднюю скорость погружения зонда по всей активной (сжимаемой) толщи без разделения ее на отдельные слои,

так и скорость зондирования каждого слоя расчлененной толщи. С этой fie чью формулу (50) можно представить в виде:

" = (52)

■ГД'- <Х =1 УДЛ',! !,

С учетом змкгс изложенного, а также опыта работ ряда организаций (Институт мжшшеи МГУ, а/ч 54240, ВНИИЖТ, КБСМ и др.) по определению осадки .железнодорожного полотна под действием кратковременной специфической нагрузки, нами разработаны три метода для реше-э«ой ^адачн по результатам ударно-вибрационного зондирования. 3 персом случае вся сжимаемая толща об7>единяется н один слой а расчет осадки ведется по эквивалентной средневзвешенной по времени скорости:

Зрасч.1~ СщС И , (53)

а

где Н - мощность сжимаемой толщи,

(УЛ

Пр.: ;;тором сарианте сжимаемая грунтовая толгаа разделяется на ;; слоев в заииси.мсс!!-; от изменения физнко-механичеекпх свойств, чте определяется изменением скорости зондирования. В этом случае расчет ведемся ■ю экгивалентной гхгдьевгьешеикой по перемешению скорости зондирования (V,..-)/:

2--- а и,о' >1---

а

'01 нй -юд яет деление сжимаемой толщи рз у акедмалыю

зоз.-1>.<;:си°с число слое; мг.скюсгыо 0 2 м (разрешающая способность записывающей аппаратуры). Общая осадка грунтового основания определяется как сумма тг осадок слоев по 0.2 м.

п " л- ^ • </•

ТХ'Г" > — / V. - '

/=( 1-1 а Результаты расчета осадок основания на 15 точках зондирования по предлагаемым методикам :три аизб равном 0.2 МПа приведены в таблице 4. Данные таблицы наглядно показ!.тают, что минимппыюр значение гсчс-и-'с: ос'дгм да 7 ч.ч.'.ый ;:етод. Чем более мелко" деление жтирооп тс па ..ю--;, тем увеличивает'';.; значение расо.тной осадкм.

ТТп мере набора стат'^стич^к^у данных онг-ттз оце*гт'тт "опмозктю"; ],; ыс.чилссь, ч г<: к „цболее точным является второй иарнанг расчста о) 3 ", до.' -..-но бм ¡о отдаться по логике вещей)

Таблмца 4.

Результаты определения расчетных осадок грунтового основания по результатам ударно-вибрационного зондирования на пятнадцати опытных точках

NN точек зондирования 1 2 3 4 5 6 7 8 Э 10 11 12 13 14 15

Spac4.1t 49 60 52 39 29 40 52 60 67 42 48 41 58 49 52

^рвеч.2» им 82 100 101 68 61 72 82 из 103 79 77 78 99 83 77

$расч.З. ММ 110 122 122 79 66 96 86 116 133 111 98 138 127 117 92

Определение несущей способности забивнглх свай. С учетом опыта определения несущей способности забивной сваи по результатам статического и динамического зондирования, предлагается три метода определения этого параметра по результатам ударно-вибрационного зондирования.

Первый, самый простой - определять искомую величину, используя полностью методику, предложенную в РСН-62-87, то есть исходя только из величины условного динамического сопротивления Р, и опираясь на таблицы этого нормативного документа. Отличие состоит лишь в том, что величина Р рассчитывается для каждого слоя по результатам ударно-вибрационного зондирования.

Второй метод близок к методике, разработанной Г.Ф.Новожиловым, но имеет принципиальные отличия и значительно проще для практического применения. При его использовании проводятся два зондирования: конусом (обычное) и "свайкой". Под свайкой понимается буровой снаряд, у которого диаметр зондировочного стержня по всей его длине равен диаметру конуса. По результатам зондирования конусом определяется лобовое сопротивление грунтов на проектной глубине (К):

К = (56)

где Рь - среднее условное динамическое сопротивление грунта на интервале X проектной глубины погружения сваи, определенное по скорости ударно-вибрационного зондирования,

2 - участок, расположенный в пределах одного диаметра выше и четырех диаметров ниже отметки нижнего конца проектируемой сваи,

Б к - площадь конуса.

При зондировании "свайкой" в параметр Р включаются и силы бокового сопротивления Р. Следовательно, при прочих равных условиях,

/>=|-.ДР, (57)

где - боковая площадь свайки, соприкасающаяся с грунтом, ЛР-

= 2п-г-Н , — 7Г - г2 .

Таким образом,

р*~кбр-1ш*р- (58)

на' О - диаметр конуса, равный диаметру свайки.

Несущая способность реальной сваи (ЛО определяется выражением

N = Рк-А + Руд-Ни, (59)

где А - площадь поперечного сечения сваи, Н - глубина погружения сваи, и - периметр поперечного сечения сваи. Расчетная

нагрузка на сваю (Л^ихсчХ с учетом (58), определяется как

+ (60)

4

где р - коэффициент запаса, равный 0.75.

Коэффициенты жесткости зондировочного стержня при зондировании кочуссм и самой "свайки" обязательно должны быть равными.

Третий метод основан на полной идентичности процессов забивки свай и ударно-вибрационного зондирования "свайкой". Реализация его удобна при массовом строительстве (например, застройка микрорайона) с использованием свайных основании. На свайном поле проводится серия натурных испытаний несущей способности забивных свай для данных геологических условии (3 - 5 испытаний). В непосредственной близости от опытных свай проводится три зондирования "свайкой" (по треугольнику) на четыре ее диаметра ниже проектной глубины. Несущая способность з?б г см "свайки" определяется либо по формуле

На, = Рге*\юб, (61)

либо экспериментально. Сравнивая полученные результаты, определяем эмпирический коэффициент С, связывающий среднюю (по трем) несущую способность "сванки" н натурной сваи, геометрические параметры которых постоянны. Нсущая способность всех остальных свай оценивается по ре-,)\'л.,гагам зондирования п местах их забивки с использованием полученного коэффициента связи

'V - А/„ (7, С. (62)

Следует отметить, -п.) только использование мощного вибромолота для зондирования позволило наиболее полно имитировать забивку натуральных свай. При использовании стандартного оборудования для динамического зондирования (даже тяжелого) не представляется возможным

забить аналогичный снаряд на значительную глубину: слишком велики оказываются сопротивления по боковой поверхности снаряда.

Четвертое защищаемое положение:

Установленная функциональная связь между результатами ударно-вибрационного и динамического зондирования (скоростью УВЗ - V,- и количеством ударов в залоге - Ы) позволяет использовать для интерпретации результатов УВЗ нормативно-методические документы на динамическое зондирование.

В начальной стадии практического применения ударно-вибрационного зондирования (начало 70-х годов) для оценки физико-механических свойств грунтов отсутствие каких-либо нормативных документов и опытных данных поставило вопрос о разработке методов интерпретации результатов УВЗ с помощью нормативных документов и опыта применения динамического зондирования. Необходимое теоретическое обоснование для решения этого вопроса приводится ниже.

По своей физической сущности оба процесса весьма схожи. В обоих случаях используется принципиальная схема ударно-штангового погружения элемента в грунт. Основные различия заключаются в следующем.

При динамическом зондировании энергия единичного удара остается постоянной. В процессе зондирования фиксируется либо число ударов, необходимое для погружения зонда на заданную величину, либо величина погружения зонда за заданное число ударов.

При ударно-вибрационном зондировании энергия единичного удара не постоянна, но практически неизменной остается в процессе зондирования мощность, потребляемая беспружинным вибромолотом. Регистрируемым параметром при УВЗ является скорость погружения зонда, которая при постоянстве потребляемой мощности зависит главным образом от механических свойств зондируемых грунтов и жесткости зондировочного стержня (последняя, как уже отмечалось, зависит от глубины зондирования).

Кроме того, при динамическом зондировании удары наносятся с частотой не более 25 - 30 ударов в минуту, а частота ударов вибромолота составляет 300 - 1200 ударов в минуту. В результате производительность ударно-вибрационного зондирования - одно из основных преимуществ этого метода - превышает производительность динамического зондирования более чем в два раза. Область возможного применения УВЗ, как по глубине, так и по прочности зондируемых грунтов, шире.

Для определения формы связи между результатами динамического и ударно-вибрационного зондирования использована простейшая модель, одинаковая для того и другого способов. Связь определялась между скоростью УВЗ V" и числом ударов N. необходимым для погружения зонда на 0.1 м (число ударов в залоге). Используемая модель изображена на рис. 4.

Сопротивление грунта внедрению конуса моделируется в обоих случаях постоянными силами и Рг- Зондировочные стержни - бурильные

трубы - моделируются идеальными пружинами с коэффициентами жесткости С/ и С2

При моделировании введены следующие допущения:

1) ударные массы т] и ги? являются абсолютно твердыми телами;

2)удар рассматривается как абсолютно неупругий, то есть коэффициент восстановления равен нулю;

3) грунт моделируется чисто пластической средой без упругих деформаций.

При динамическом зондировании, модель процесса которого изображена на рис. 4 Л, энергия единичного удара равна

7* = — рн (63)

2 1 1

где 1И( - масса молота,

г>( - скорость молота в момент удара, Р/ - вес молота,

- высота сбрасывания молота (при этом предполагается, что Н, » х,).

При ударе происходит сжатие зондировочного стержня, равное разности перемещений верхнего (х/) и нижнего (А/) концов стержня. Условие прекращения погружения стержня - равенство сил сжатия стержня и сопротивления грунта:

С,(х, = Р<- <64>

Энергия удара расходуется на деформацию зондировочного стержня и на погружение зонда в групт:

Р,Н, = С, + щ . (65)

Решая совместно уравнения (64) и (65), находим величину погружения за удар:

Л, = 5Л1 —(6б) ' Р, 2С,

Используя (66), находим число ударов М, необходимое для погружения зонда на 0.1 м, как

N = 0.1/1 ~~ - I - (67)

I Р, 2С,

При ударно-вибрационном зондировании модель процесса принципиально та же (рис. 4 Б), по энергию единичного удара целесообразно выра жаП) через кинетическую энергию вибромолота в момент удара. Соответ-с гнойно, вместо (66) получим

Л (68)

1Р2 2С2

Скорость погружения зонда при ударно-вибрационном зондировании

V = ■ п, (69)

где п - частота ударов вибромолота.

А Б

Рис. 4. Простейшая схематизация ударно-штангового погружения элементов в грунт. А - для динамического зондирования; Б - для ударно-вибрационного зондирования; 1 - положение системы до удара,

2- - положение системы после удара (при максимальном смещении ударной массы вниз.

Подставив значение И2 из (68) в (69), получим.

у = т02гп_1VI (70)

2Р2 2С2

Выделяя в этом выражении потребляемую на удары мощность -

2

перепишем его как

(71)

Ъ 2С3

Связь между V и N будем искать в виде

У=К,/Ы, (72)

где Кв - искомый коэффициент связи.

К,=У•Л'. (73)

Подставив в (73) значения V, N. А/ из (71), (67) и (66), получим:

• и, 2Сг ) (РМ

I Р, 2С,)

Сопротивление грунта внедрению зонда пропорционально квадрату диаметра внедряемого конуса:

г (75)

' 2 ■ 2

где а - удельное сопротивление грунта по лобовой поверхности,

О/, Г>2 - диаметры конусов. Коэффициент жесткости зондировочного стержня прямо пропорционален площади его поперечного сечения и обратно пропорционален длине. Длина стержней предполагается одинаковой, следовательно

Г - V Я". С

с, = —с, = £_£г, (76)

н - н

где Е - модуль упругости материала стержня, и - площади, их поперечных сечений, Н - длина стержня. Подставляя значения Г^ и С? п.? (75) и (76) в (74), ггп.тучпм значение Кв 1! общем виде:

2ЫГ жО/ „ -т----пН

(77)

2Р,Н, ежи/

- --- , ~ - ----- II

О7с0,} 4ЕЯ,

Получснное выражение позволяет получить численное значение переходного коэффициента Кв для любых технических средств и оборудования, применяемых при проведении динамического и ударно-вибрационного зондирования. Отметим, что определяемый коэффициент Кв имеет размерность скорости, и в различных системах единиц его численное значение различно.

Приведем результаты расчета Кв для основного оборудования в трех частных случаях.

1. Зондирование с верхним расположением ударного патрона без учета массы буровой колонны (II мало):

Кв = 0.23 м/с. (78)

2. УВЗ с верхним расположением ударного патрона с учетом массы бурильных колонн:

«-«ТОТ"*

3. Зондирование с нижним расположением ударного патрона при учете массы бурильных колонн:

= 0.23 ■ (1 + 0.076Н) м/с. (80)

Таким образом, в начальный момент зондирования, когда Н « 0,

К = К = 0.23 м/с.

С увеличением глубины, то есть с возрастанием массы бурильных колонн, значения обоих коэффициентов - и для верхнего и для нижнего расположения ударного патрона - также будут возрастать, причем, как видно из сопоставления формул (79) и (80), при нижнем расположении патрона значение переходного коэффициента с увеличением глубины растет быстрее, чем при верхнем, и при длине бурильной колонны 10 м К" достигнет значения 0.4 м/с, а К§ - лишь 0.32 м/с.

Важным практическим выводом из проведенных теоретических исследований представляется возможность применения ударно-вибрационного зондирования грунтов с любой компановкой снаряда, используя при этом для интерпретации получаемых результатов существующие нормативные документы на динамическое зондирование.

Пятое защищаемое положение:

Новая электронно-механическая система записи, хранения и камеральной обработки результатов ударно-вибрационного зондирования с помощью ЭВМ позволяет не только автоматизировать эти операции, но и существенно повысить точность получаемой информации, а также . сократить численность обслуживающего персонала.

Новая система предусматривает автономную работу буровой бригады на установке УВЗ (без оператора) в течение 5-7 дней. Результаты зондирования записываются на магнитный носитель, а затем обрабатываются на компыоторс. Разработанная новая система электронной измерительно-реги-

стрирующей аппаратуры цключает в себя датчик глубины зондирования, счетчик-регистратор с оперативной памятью, устройство сопряжения с.чет-чика-регистратора с ЭВМ (УСО). Применение этой системы дает повышение точности замеров и разрешающей способности УВЗ (фиксирует любые скорости погружения), а также сокращает сроки и трудоемкость камеральных работ.

Система функционирует следующим образом. По мере погружения

зонда контактная щетка, двигаясь вниз вместе с вибромолотом, последовательно, через интервал погружения 0.2 м, замыкает контакты на измерительной рейке. При этом на счетчик-регистратор передается время (в секундах) прохождения зондом каждого расчетного интервала. Счетчик-регкетратор фиксирует это время и оперативной памяти с одновременным выводом его на электронно-цифровое табло и на блок устройства сопряжения с ЭВМ. Наличие оперативной памяти позволяет неоднократно возвращать на табло время прохождения выбранного интервала глубины зондирования, что необходимо при высоких скоростях погружения зонда.

УСО представляет собой съемный блок памяти с объемом хранения информации недельной производительности установки УВЗ (до 750 п.м. зондирования). Этот блок имеет разъем для подключения к ЭВМ типа ДВК, которая считывает данные и производит их обработку.

В результате обработки данных УВЗ ЭВМ выдает график изменения скорости зондирования по глубине с цифровыми значениями скорости (V) и условного динамического сопротивления грунтов (Р), рассчитанного в соответствии с ГОСТ 19912-81.

Габаритные размеры счетчика-регистратора и устройства сопряжения не превышают 10x20x20 см.

Эта система ретнпрации и записи результатов УВЗ защищена автор ским свидетельством N 156275G oi 8 января 1990 г., экспонировалась в 1989 г. на ВДНХ СССР и награждена двумя серебряными медалями (п числе награжденных автор диссертации).

Основные выводы и положения

1. В диссертационной работе решс-п комплекс теоретических, пкепери-ментальных, конструкторских и опытно-производственных задач, обеспечивающих совершенствование техники и технологии ударно-вибрационного бурения и зондирования грунтов на новом, качественно и технически более высоком уровне.

2 Разработала н нссло/юзта новая, оригинальна:; физико-уехапи ;<; г.модель ударио-вибрапионаого погружен!!« буровою снаряда н упру, о-пластическую среду, с учетом упругости буровой колонны.

3 Получена чсорстишч-.ки и подтверждена окснеримен га л ык > зависимость скорости ударно зибрационного бурения от глубины скважины (длины бурильного стержня).

4. Установлен характер связи между сопротивлениями грунта, действующими на породоразрушающий инструмент, и механическими свойствами грунта (модулем деформации и прочностными характеристиками). Определен критерий максимальной глубины и начальной скорости бурения.

5. Показано существование оптимальной длины рейса при ударно-вибрационном бурении. Используя разработанную модель процесса бурения, рассчитаны значения оптимальной длины рейса для основного бурового оборудования и различных грунтовых условий в зависимости от глубины бурения. Разработаны специальные таблицы и практические рекомендации.

6. Проведены теоретические разработки и экспериментальные исследования с целью создания для ударно-вибрационпого бурения породораз-рушающего инструмента с рациональными геометрическими параметрами. Предложены и внедрены новые типы породоразрушающего инструмента для бурения в различных геологических условиях (в том числе и "сложных").

7. Впервые в отечественной и зарубежной практике разработана теория, создано оборудование и нормативно-методические документы, разработаны методы интерпретации и компьютерное обеспечение, осуществлено промышленное внедрение в производство нового полевого экспресс-метода изучения грунтов - ударно-вибрационного зондирования.

8. В результате совершенствования и уточнения первоначальной модели процесса ударно-вибрационного бурения и зондирования в зависимости от целей исследования, разработаны теоретические основы, определяющие целесообразность использования бурового снаряда различной компановки -верхнего и нижнего расположения ударного патрона.

9. Определена теоретически и подтверждена экспериментально связь между результатами динамического и ударно-вибрационного зондирования, что позволяет использовать при интерпретации результатов ударно-вибрационного зондирования нормативные документы на динамическое зондирование.

10. В результате теоретических разработок и комплексных экспериментальных и опытно-производственных исследований доказано, что по результатам ударно-вибрационного зондирования возможно определение с высокой точностью основных характеристик грунта и проведение некоторых операций, а именно:

а) определение условного динамического сопротивления Р\

б) представительное расчленение геологического разреза на слои;

в) определение с высокой точностью общего модуля деформации грунтов;

г) оценка прочностных свойств фунтов;

д) определение возможных осадок естественного грунтового основания под действием внешней статической нагрузки;

е) оценка несущей способности забивных свай;

ж) определение условного динамического сопротивления при использовании нестандартного оборудования.

11. Разработаны положения и технические устройства, выполненные на уровне изобретений, обеспечивающие автоматизацию процесса фиксации, записи и интерпретации результатов зондирования, а также совершенствование технологии бурения.

12. Обоснована возможность и целесообразность компьютеризации

записи it обработки результатов ударио-внбрационного зондирования и бурения.

13. Созданы и внедрены в производство специальная платформа с установкой ударно-вибрационного бурения и зондирования, технологический и вспомогательный инструмент. Дважды новые установки для ударно-вибрационного бурения и зондирования экспонировались на ВДНХ СССР и удостоены серебряных и бронзовых медалей.

14. Определены основные перспективные пути и направления развития ударно-вибрационного бурения и зондирования. Созданы все необходимые предпосылки для создания новой современной специализированной и

универсальной буровой установки.

15. Проведенные исследования позволили разработать и внедрить в производство ряд нормативно-методических документов республиканского и государственного значения.

16. Ориентировочная экономическая эффективность от реализации результатов проведенных исследований (в ценах до 1991 г.) уже в настоящее время составляет более 500 ООО руб. в год.

Наиболее важные результаты исследований опубликованы в следующих печатных работах.

!. Развитие теории ударно-штангового бурения грунтов. М. "Труды ПНИИИСа", т. 37, 1975 (соавторы: Б.М.Ребрик, В.Ф.Вишневский, Н. И .Тычина).

2. Типовые конструкции инженерно-геологических скважин и вопросы выбора параметров буровых станков. М. Известия ВУЗов. Геология и

разведка, N 3, 1975 (соавторы: Б.М.Ребрик, В.А.Барашков, Е.С. Булгаков)

3. Ударно-вибрационное зондирование и его применение при инженерно-геологических изысканиях. Л. В сб. "Новое вибрационное оборудование и технология для спец. строительных работ". Стройиздат, 1975 (соавторы: Б.М.Ребрик, Н.И.Тычина, В.Ф.Вишневский).

4. Об интерпретации результатов ударно-вибрационного зондирования песчаных фунтов. М. В тематическом сб. МГРИ, 1975 (соавтор Б.М.Ребрик).

5. Теоретические и экспериментальные исследования оптимальной длины рейса при ударно-вибрационном бурении. М. Известия ВУЗов. Геология и разведка, N 5, 1976 (соавторы: Б.М.Ребрик, [В.С.Лукошков]).

6. Результаты экспериментальных исследований по сопоставлению динамического и ударно-вибрационного зондирования. М. В сб. ПНИИИСа "Вопросы развития техники и технологии бурения и опробования инженерно-геологических скважин", 1976.

7. О точности оценки общего модуля деформации грунтов. М. В сб. ПНИИИСа "Вопросы развития техники и технологии бурения и опробования инженерно-геологических скважин", 1976 (соавторы Б.М.

Ребрик, В.Ф.Вишневский, Л.Й.Куник ).

8. Взаимосвязь результатов динамического и ударно-вибрационного зондирования грунтов. Минск. Строительство и архитектура Белоруссии, N 1, 1977 (соавторы: Б.М.Ребрик, В.Ф.Вишневский, Н.И.Тычина).

9. Об интерпретации результатов ударно-вибрационного бурения и зондирования грунтов. М. В сб. МГРИ "Технология и техника разведки", N1, 1977 (соавторы: Б.М.Ребрик, Е.С.Булгаков, Н.И.Тычина, В.Ф. Вишневский).

10. Указания по ударно-вибрационному зондированию грунтов при инженерно-геологических изысканиях РСН-13-76. Минск. Изд. "Полымя", 1977 (соавторы: Б.М.Ребрик, Н.И.Тычина, В.Ф.Вишневский, И.И. Большедонов).

11. Об оценке модуля деформации при динамическом зондировании. М. В сб. ПНИИИСа "Инженерные изыскания в строительстве", N 5, 1977 (соавторы: Б.М.Ребрик,|А.Я.Рубинштейн|, Н.В.Смирнов).

12. Типовая методика расчета параметров установок для бурения инженерно-геологических скважин. М. Труды ПНИИИСа "Методика и практика инженерных изысканий для строительства", N 46, 1977 (соавторы: Б.М.Ребрик, О.Г.Устрицев, В.А.Барашков и др.).

13. Ударно-вибрационное зондирование при инженерно-геологических исследованиях. М. Разведка и охрана недр, N 1, 1978 (соавторы: Б.М. Ребрик, Н.И.Тычина, В.Ф.Вишневский).

14. Об усилиях, возникающих при извлечении обсадных труб из неглубоких скважин. М. Известия ВУЗов, "Геология и разведка", N 8, 1978 (соавтор С.А.Ососов).

15. Ударно-вибрационное зондирование грунтов и его применение в практике инженерно-геологических изысканий. М. Инженерно-строительные изыскания, N 1(49), 1978 (соавторы: Б.М.Ребрик, |А.Г.Фомии|).

16. Совершенствование технологии ударно-вибрационного бурения грунтов при гидромелиоративных изысканиях. М. ЦБНТИ Минводхоза СССР. Серия 9, N 1, 1978 (соавтор Б.М.Ребрик).

17. Теоретические и экспериментальные исследования проходки скважин кольцевым забоем в крупнообломочных грунтах ударным способом при инженерно-геологических изысканиях. М. В сб. Госстроя "Инженерные изыскания в строительстве", N 7(72), 1978 (соавторы Б.М.Ребрик,

B.А.Барашков, В.И.Гольцов и др.).

18. Экспериментальные исследования ударного и ударно-вибрационного бурения скважин в рыхлых породах различными типами породораз-рушающего инструмента. М. В сб. МГРИ "Технология и техника геологоразведочных работ", 1978 (соавторы: Б.М.Ребрик, В.А.Бараш-ков, А.И.Бажутин и др.).

19. Об учете упругости штанг при динамическом зондировании грунтов. М. Известия ВУЗов. Геология и разведка, Ы 7, 1979 (соавторы: Н.В. Смирнов, Ю.А.Арсентьев).

20. Методические рекомендации по бурению неглубоких скважин в мягких и рыхлых породах. Свердловск. УТГУ, 1980 (соавторы: Б.М.Ребрик, А.М.Волков, В.Н.Калнничев к др.).

21. Совершенствование техники и технологии бурения скважин в крупнообломочных грунтах ударным способом. М. В сб. МГРИ "Технология и техника геологоразведочных работ", 1980 (соавторы: В.А.Барашков,

C.Н.Гольцов, В.Б.Цинский).

22. Обработка и интерпретация результатов динамического зондирования песчаных и глинистых грунтов. М. В сб. ПНИИИСа "Изменения свойств грунтов под влиянием природных и антропогенных воздействий", 1981 (соавторы:|А.Я.Рубинштейн], Э.Р.Черняк, Б.М.Ребрик).

23. Опыт применения ударно-вибрационного зондирования в Мосгипро-водхозе. М. ЦБНТИ Минводхоза СССР. Серия 3, N 7, 1981 (соавторы: Б.М.Ребрик, А.М.Прокопович, В.Г.Сафронов и др.).

24. Опыт применения ударно-вибрационного зондирования в институте "Эстонколхозпроект". М. ЦБНТИ Минводхоза СССР. Серия 3, N 6, 1981 (соавторы: Б.М.Ребрик,|В.А.Оллч|).

25. ГОСТ 19912-81. Грунты. Метод полевого испытания динамическим зондированием. М. 1981 (соавторы: [А.Я.Рубинштейн], Б.М.Ребрик).

26. Зависимость результатов ударно-вибрационного зондирования от глубины. М. Известия ВУЗов. Геология и разведка, N И, 1981.

27. О принципе и задачах комплекснрования методов исследования грунтов при инженерно-геологических изысканиях. М. В сб. "Инженерно-строительные изыскания", N 1, 1981 (соавторы: Б.М.Ребрик, В.А. Барашков и др.).

28. Совершенствование техники и технологии ударно-вибрационного бурения грунтов при гидромелиоративных изысканиях. М. ЦБНТИ Мин-

водхоза СССР. Серия 9, N 2, 1982 (соавторы: А.М.Волков, Б.М. Ребрик).

29. Ударно-вибрационное зондирование в практике инженерно-геологических исследований. М. Инженерная геология, N 3, 1982 (соавторы: Б.М.Ребрик, Н.И.Тычина, В.Ф.Вишневский).

30. Устройства и приспособления для спуско-подьемных операций при ударно-вибрационном бурении. М. ЦБНТИ Минводхоза СССР. Серия 3, N 3, 1982 (соавторы: А.М.Волков, В.И.Козловский).

31. Ударно-вибрационное зондирование при инженерно-геологических изысканиях. М. Известия ВУЗов. Геология и разведка, N 8, 1983.

32. Установка для ударно-вибрационного зондирования грунтов. М. ЦБНТИ Минводхоза СССР. Серия 3, N 7, 1983 (соавторы: В.А. Барашков, А.М.Волков, Д.И.Павлов).

33. Новое в технике и технологии сооружения скважин. М. ЦБНТИ Минводхоза СССР. Серия 3, N 1, 1984 (соавторы: Г.М.Краснощекое, Ю.А. Арсентьев).

34. Влияние упругих свойств грунта на режимы работы вибромолота. М. Известия ВУЗов. Геология и разведка, N 6, 1984 (соавтор Н.В. Смирнов).

35. Инструкция по вибрационно-вращательному бурению скважин в породах рыхлого комплекса. Свердловск. УТГУ, 1985 (соавторы: Б.М.Ребрик, Н.В.Смирнов, В.Н.Калиничев и др.).

36. Пути повышения информативности бурения инженерно-геологических скважин. М. ЦБНТИ Минводхоза СССР. Серия 9, N 3, 1985 (соавторы: Б.М.Ребрик, Д.И.Павлов).

37. Бурение и опробование скважин при инженерно-геологических и гидрогеологических изысканиях. М. Обзор. ЦБНТИ Минводхоза СССР. Серия 9, N 1, 1985 (соавтор Б.М.Ребрик).

38. Создание эффективного породоразрушающего инструмента для ударно-вибрационного бурения. М. ЦБНТИ Минводхоза СССР. Серия 9, N 4, 1985 (соавторы: Б.М.Ребрик, Д.И.Павлов, Ю.А.Седпяров).

39. Определение физико-механических свойств горных пород по результатам бурения. М. В сб. МГРИ "Технология и техника геологоразведочных работ", N 8, 1985 (соавтор В.Ю.Хромов).

40. Практика ударно-вибрационного и вибрационно-вращательного бурения. М. Обзор ЦБНТИ Минводхоза СССР. Серия 3. N 2, 1986 (соавторы: Б.М.Ребрик, А.М.Волков, Н.В.Смирнов и др.).

41. Совершенствование ударно-вибрационного зондирования грунтов с целью повышения его эффективности. М. ЦБНТИ Минводхоза СССР. Серия 9, N 10, 1987 (соавторы: Б.М.Ребрик, Е.В.Лукошкова, А.П. Назаров и др.).

42. Динамическое зондирование грунтов в условиях БССР. РСН 62-87. Минск. Госстрой БССР. 1987 (соавторы: Б.М.Ребрик, В.Ф.Вишневский, Н.И.Тычина и др.).

43. Особенности влияния влажности грунтов на скорость ударно-вибрационного зондирования. М. ЦБНТИ Минводхоза СССР, 1987 (соавторы: Б.М.Ребрик, А.П.Назаров, В.Ф.Вишневский и др.).

44. Результаты опытно-производственных работ по определению условного динамического сопротивления грунтов различными методами зондирования. М. ЦБНТИ Минводхоза СССР. Серия 9, N 3, 1988 (соавторы: Б.М.Ребрик, Д.И.Павлов).

45. Оценка модуля деформации грунтов по скорости ударно-вибрационного зондирования. М. В сб. МГРИ "Технология и техника геологоразведочных работ", N 10, 1988 (соавторы: Б.М.Ребрик, В.Ф.Вишневский, Н.И.Тычина).

46. Совершенствование оборудования, применяемого при ударно-вибрационном зондировании. М. ЦБНТИ Минводхоза СССР, N 6, 1989 (соавторы: А.П.Назаров, Е.А.Рахманова).

47. Перспективы использования ударно-вибрационного зондирования при инженерно-геологических изысканиях. М. Известия ВУЗов. Геология и разведка, N 2, 1990 (соавторы: А.Н.Киселев, Б.М.Ребрик, А.П.Назаров и др.).

48. Развитие ударно-вибрационного зондирования в практике инженерно-геологических исследований. Свердловск. УГИ. В сб. "Совершенствование техники и технологии геологоразведочных работ", 1990 (соавторы: Б.М.Ребрик, А.Н.Киселев, А.Б.Рубан).

49. Определение несущей способности и осадки естественного грунтового основания по результатам ударно-вибрационного зондирования. М. ЦБИТИ Госконцерна "Водстрой", N 8, 1991 (соавторы: Е.В.Лукош-кова, Б.М.Ребрик, А.Б.Рубан и др.)

50. Механический каротаж при бурении ударно-вибрационным способом сплошным забоем. М. Известия ВУЗов. Геология и разведка, N 5, 1991 (соавторы: Б.М.Ребрик, А.Б.Рубан, А.Н.Киселев и др.).

51. Определение осадки грунтового основания по скорости ударно-вибрационного зондирования. М. В сб. МГРИ. Тезисы докладов конференции, 1991 (соавторы: Б.М.Ребрик, Е.А.Безуглая).

52. Состояние и перспективы использования ударно-вибрационного зондирования при инженерно-геологических изысканиях на территории Чувашской ССР. М. МГРИ. Тезисы докладов конференции, 1991 (соавторы: А.Н.Киселев, Б.М.Ребрик, А.П.Назаров).

53 О техническом обеспечении инженерных изысканий. М. Проектирование и инженерные изыскания, N 2, 1992 (соавторы: Б.М.Ребрик, С.Ю. Нскоз).

-4254. Соотношение скоростей при ударно-вибрационном зондировании грунтов. М. Известия ВУЗов. Геология и разведка, N 3, 1992 (соавторы: Д.Б.Рубан, Б.М.Ребрик).

55. Теоретическое обоснование оценки сцепления и угла внутреннего трения грунтов по скоростям "двойного" ударно-вибрационного зондирования. М. МГРИ. В сб. "Новые достижения в науках о земле", 1992 (соавтор Б.М.Ребрик).

56. Определение общего модуля деформации грунтов по результатам ударно-вибрационного зондирования. М. Известия ВУЗов. Геология и разведка, N 5, 1992.

57. Теория и технико-технологическое обеспечение ударно-вибрационного бурения и зондирования грунтов. М. МГРИ. В сб. "Новые достижения в науках о земле", 1992.

58. Интерпретация ударно-вибрационного зондирования с целью оценки несущей способности свай. Екатеринбург. В сб. УГИ, 1993 (соавтор А.П.Назаров).

59. Эффекты парного зондирования грунтов. М. МГГА. Тезисы докладов научной конференции, 1993.

60. Научная значимость, содержание и этапы разработки проблемы "Теория, экспериментальные исследования и технико-технологическое обеспечение ударно-вибрационного бурения и зондирования грунтов." В сб. МГГА "Новые достижения в науках о земле", М., 1995.

61. Основные проблемы развития и использования ударно-вибрационного бурения и зондирования грунтов в горном деле. М. Известия ВУЗов. Геология и разведка. N 5, 1995 (соавтор Б.М.Ребрик).

62. Установка для исследования грунта виброударным зондированием. Авторское свидетельство N 737559, 1980 (соавторы: И.И.Болынедонов, Б.М.Ребрик, В.А.Барашков и др.).

63. Снаряд для ударно-вибрационного бурения. Авторское свидетельство N 825764, 1981 (соавторы: Б.М.Ребрик, А.М.Волков, В.А.Барашков).

64. Установка для исследования грунта ударно-вибрационным зондированием. Авторское свидетельство N 966144, 1982. (соавторы: Б.М. Ребрик, А.М.Волков, В.И.Кузнецов и др.).

65. Снаряд для вибрационного и ударно-вибрационного бурения. Авторское свидетельство N 1180478, 1985 (соавторы: Д.И.Павлов, В.Н.Кали-ничев, И.П.Петров и др.).

66. Установка для исследования грунта ударно-вибрационным зондированием. Авторское свидетельство N 1562756, 1990 (соавторы: А.Н.Киселев, Б.М.Ребрик, А.Б.Рубан).