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