Бурение скважин при изысканиях: способы, отбор керна и монолитов

Буровые работы — основа полевого этапа инженерно-геологических изысканий: именно скважина даёт прямой доступ к грунтам и подземным водам. Качество бурения и отбора образцов определяет достоверность всех последующих лабораторных данных и расчётов основания. Правила производства работ установлены СП 446.1325800.2019, а требования к отбору и хранению образцов — ГОСТ 12071 «Грунты. Отбор, упаковка, транспортирование и хранение образцов».

Стоимость буровых работ — крупнейшая статья полевого этапа, поэтому именно здесь чаще всего пытаются экономить: уменьшают глубины, заменяют колонковое бурение шнековым, сокращают число монолитов. Такая экономия невидима в отчёте, но проявляется в проекте завышенными коэффициентами запаса или, что хуже, в эксплуатации — сверхнормативными осадками. Заказчику полезно понимать технологию хотя бы на уровне контроля: что бурят, чем бурят и что поднимают на поверхность. Ниже — ключевые точки такого контроля по каждому переделу.

Способы бурения

• колонковое — основной способ с отбором керна по всей глубине;
• шнековое — быстрое бурение в мягких грунтах, когда сплошной керн не требуется;
• ударно-канатное — валунно-галечниковые отложения и обводнённые пески;
• вибрационное — короткие скважины в песчано-глинистых грунтах;
• ручное — шурфы и скважины малой глубины на стеснённых участках.

Способ выбирают под геологический разрез и задачи опробования: экономия на колонковом бурении там, где нужен керн, обесценивает изыскания.

Диаметр бурения тоже имеет значение: для отбора качественных монолитов из глинистых грунтов нужны обсадка и грунтоносы соответствующего размера, а слишком малый диаметр не позволит получить образец ненарушенного сложения и выполнить прессиометрию в скважине. В обводнённых песках применяют обсадные трубы и бурение с промывкой или продувкой, следя, чтобы технология не искажала естественную влажность отбираемых образцов. Принятая технология обязательно описывается в программе и буровых журналах.

Документирование керна

Геолог описывает керн непосредственно у станка, пока образец не изменил влажность и структуру: наименование грунта, консистенция, влажность, включения, границы слоёв с привязкой по глубине. Керн укладывают в ящики с этикетками и фотографируют — фотодокументация всё чаще запрашивается экспертизой и техническим заказчиком. Одновременно фиксируются появившийся и установившийся уровни подземных вод.

Уровни воды — отдельная зона риска: появившийся уровень фиксируется в момент вскрытия горизонта, а установившийся — после выстойки скважины, иногда через сутки и более. Спешка здесь приводит к занижению прогнозного уровня и ошибкам в проектировании гидроизоляции и дренажа. В отчёте оба уровня указываются для каждой скважины с датами замеров, а для длительных наблюдений скважины оборудуют пьезометрами с автоматическими датчиками.

Отбор монолитов

Для определения прочностных и деформационных характеристик нужны образцы ненарушенного сложения — монолиты. Их отбирают грунтоносами, парафинируют или герметизируют плёнкой, маркируют и перевозят с защитой от промораживания и вибрации. Нарушение технологии отбора и транспортировки — типичная причина занижения характеристик грунтов и, как следствие, неоправданно дорогих фундаментов.

Число монолитов назначается программой из расчёта статистической обеспеченности характеристик по каждому выделенному слою. Если слой вскрыт тремя скважинами, а монолит отобран один, лаборатория формально выполнит испытания, но расчётные значения по единственному образцу экспертиза не примет. Контролируйте ведомость отбора: она должна закрывать все слои, влияющие на работу основания, — восполнить пробел после демобилизации техники уже не получится.