СССР
Государственный стандарт от 01 июля 1979 года № ГОСТ 23278-78

Грунты. Методы полевых испытаний проницаемости

Утвержден
Государственным комитетом СССР по делам строительства
18 сентября 1978 года
Разработан
Производственным и научно-исследовательским институтом по инженерным изысканиям в строительстве Государственного комитета по вопросам архитектуры и строительства СССР
01 июля 1979 года
    Постановлением Государственного комитета СССР по делам строительства от 18 сентября 1978 г. № 181 срок введения установлен
    с 01.07.79
    Настоящий стандарт распространяется на грунты и устанавливает методы полевых испытаний проницаемости при исследовании их для строительства.
    Стандарт не распространяется на грунты в мерзлом состоянии.
    1.Общие положения
    1.1.Проницаемость следует определять как свойство грунта пропускать жидкость или газ под действием перепада давления или напора.
    1.2.Проницаемость надлежит характеризовать коэффициентом проницаемости по формуле

    где С - коэффициент проницаемости, дарси (1 дарси = 1,02·10-8 см2);
    Q - объемный расход жидкости, см3/с;
    m - коэффициент динамической вязкости, сП (1 сП = 1,02·10-8 кгс·с/см2);
    Dl - отрезок пути фильтрации, на котором происходит изменение давления Dр, см;
    Dр - перепад давления, кгс/см2;
    F - площадь поперечного сечения, см2.
    Переход от коэффициента проницаемости к коэффициенту водопроницаемости (фильтрации - приложение 1) следует осуществлять по формуле
    ,
    где k - коэффициент водопроницаемости (фильтрации), см/с или м/сут;
    а - коэффициент размерности при k в см/с а = 1, при k в м/сут а = 864;
    g - удельный вес воды, кгс/см3.
    При испытаниях проницаемости методом откачки воды вместо коэффициента водопроницаемости допускается определять коэффициент водопроводимости (Т = km, где m - средняя мощность водоносного пласта, м).
    1.3.Методы полевых испытаний проницаемости грунтов следует принимать в соответствии с табл. 1.
    Таблица 1
    Гидрогеологические условия залегания грунтов Методы полевых испытаний Условия преимущественного применения
    Выше уровня грунтовых вод или кровли напорного пласта (зона неполного водонасыщения) Основной Налив воды в шурфы -
    Вспомогательные Нагнетание воды в скважины Скальные трещиноватые грунты
    Нагнетание воздуха в скважины Скальные трещиноватые, песчаные и глинистые грунты
    Допускаемые к применению Налив воды в скважины Большая мощность зоны аэрации
    Измерение параметров трещиноватости Скальные трещиноватые массивы
    Ниже уровня грунтовых вод или кровли напорного пласта (зона насыщения Основной Откачка воды из скважины
    Вспомогательные Нагнетание воды в скважины Скальные трещиноватые грунты
    Измерение расхода воды в скважине (расходометрия) Слоистые грунты
    Допускаемые к применению Налив воды в скважины Полупроницаемые грунты
    Откачка воды из шурфов В водонасыщенных полупроницаемых грунтах или при высоком уровне грунтовых вод
    Режимные наблюдения При наличии стационарной сети режимных скважин
    Индикаторный При определении действительной скорости движения подземных вод

    1.4.При проведении полевых испытаний для определения проницаемости грунтов, расположенных ниже уровня грунтовых вод, необходимо учитывать литологическое строение пласта (однородная) и набор пласта, форму и размеры пласта в плане, режим поверхностных и подземных вод (уровенный, химический и температурный), режим проведения испытаний (установившийся, неустановившийся и квазиустановившийся) при постоянном дебите (Q = const) или при постоянном понижении уровня воды в опытной скважине (S = const), конструкции скважин и размещение водоприемной части скважин в пласте.
    1.5.При проведении испытаний в зоне неполного водонасыщения необходимо учитывать литологическое строение и мощность этой зоны (расстояние от земной поверхности до уровня грунтовых вод), величину капиллярного вакуума (давления), характер распределения влажности грунта по вертикали, наличие ходов землероев, особенности структуры грунта и рельефа земной поверхности, конструкции инфильтрометров.
    1.6.Методы полевых испытаний проницаемости грунтов следует выполнять в общем комплексе инженерно-геологических и гидрогеологических изысканий.
    1.7.Термины и определения приведены в приложении 1.
    1.8.Регистрацию получаемых в процессе полевых испытаний данных и их обработку надлежит вести в специальных журналах (приложение 5).
    2.Метод откачки воды из скважин
    2.1.Условия проведения испытания
    2.1.1.Определение проницаемости методом откачки воды из скважин необходимо производить по технологической схеме испытаний:
    кустовой - в сложных гидрогеологических условиях и для ответственных объектов;
    одиночной - в простых гидрогеологических условиях и преимущественно на ранних стадиях исследований.
    2.1.2.Местоположение пунктов испытаний, количество откачек и технология их проведения (количество и расположение наблюдательных скважин, продолжительность откачек) следует определять проектом производства работ в зависимости от целевого назначения испытаний с учетом инженерно-геологических и гидрогеологических условий (см. п. 1.4).
    2.1.3.При кустовой схеме испытания количество и расположение наблюдательных скважин и глубину заложения фильтров надлежит принимать в зависимости от изменения в пространстве фильтрационных свойств пласта и принятой расчетной схемы.
    Расстояния между центральной и наблюдательными скважинами следует устанавливать на основе предварительных расчетов с условием, чтобы разность величин понижений уровня воды в соседних наблюдательных скважинах и величина понижения уровня на конец откачки в дальней наблюдательной скважине превышала абсолютную величину возможной ошибки измерения уровня не менее чем в десять раз.
    2.1.4.Продолжительность испытаний по кустовой схеме необходимо определять на основе предварительных расчетов с условием, что при выбранной длительности откачки воды должны быть получены представительные зависимости изменения понижения уровня воды во времени и по площади, а наблюдательные скважины должны быть расположены в зоне квазистационарного режима.
    2.1.5.Продолжительность испытаний должна быть при кустовой схеме - не менее 3 суток (с обязательным проведением откачки воды в условиях квазистационарного режима не менее суток), при одиночной схеме - не менее 0,5 суток.
    2.2.Аппаратура
    2.2.1.В комплекте оборудования для проведения испытаний должны быть:
    водоподъемник;
    устройство для измерения расхода воды;
    устройство для измерения уровня воды в скважинах;
    уплотнительные устройства;
    фильтры;
    трубы, лотки или другие устройства для отвода откачиваемой воды.
    2.2.2.Измерительные устройства и приборы должны обеспечить:
    измерение расхода воды с погрешностью не более 5 %;
    измерение уровня воды (напора) на глубинах до 10 м с точностью до 1 см, на больших глубинах с погрешностью - 0,1 %.
    2.2.3.Конструкция и материал фильтра должны обеспечить необходимую прочность и коррозионную стойкость в течение всего периода испытания.
    2.2.4.Внутренний диаметр труб верхней части колонны фильтров должен обеспечивать возможность установки водоподъемного оборудования необходимой производительности и замер динамического уровня воды при проведении испытания.
    2.2.5.Внутренний диаметр фильтров наблюдательных скважин должен обеспечивать спуск датчика устройства для замера уровня, а также возможность чистки фильтров и прокачки воды.
    2.2.6.Скважность водоприемной поверхности фильтров, устанавливаемых в центральных скважинах, должна обеспечивать (при принятой их длине) получение ожидаемого расхода воды, а в наблюдательных скважинах должна быть не менее 5 %.
    2.2.7.Размеры проходных отверстий фильтров следует принимать в зависимости от гранулометрического состава грунта водоносного пласта.
    Размеры проходных отверстий сетчатых фильтров следует определять также и из условия обеспечения пропуска не более 70 - 80 % высушенных частиц грунта водоносного пласта (по весу).
    В песчаных и гравийных грунтах, в которых содержание фракций размером до 0,5 мм не превышает 10 % (по весу), следует применять фильтры без гравийной обсыпки, в остальных рыхлых грунтах - устанавливать фильтры с гравийной обсыпкой не менее 50 мм.
    2.2.8.Для установления гидравлических параметров фильтра при испытаниях песчаных и гравийных грунтов фильтр испытываемой скважины следует оснащать прифильтровым пьезометром с отстойником. Длина перфорированной части пьезометра должна быть равна рабочей длине фильтра (при длине фильтра до 5 м); при большей длине фильтра длина перфорированной части пьезометра должна быть равной 5 м и размещена против средней части фильтра.
    2.3.Подготовка к испытанию
    2.3.1.Подготовку к испытанию необходимо проводить в следующем порядке:
    очистка скважин от шлама;
    замеры уровня воды в скважинах;
    установка фильтров или тампонов и замер глубины их установки;
    повторная чистка скважин после установки фильтров (при необходимости);
    установка водомерной рейки в близрасположенном водоеме при наличии гидравлической связи испытываемого горизонта с водоемом (рекой);
    закрепление и нивелирование нулевых (замерных) точек;
    проверка, установка и подготовка измерительной аппаратуры;
    замеры уровня воды в скважинах;
    монтаж оборудования водоподъемника и устройства для отвода откачиваемой воды;
    наблюдения после прокачки за восстановлением уровня воды до статического.
    2.3.2.Бурение скважин следует выполнять ударно-канатным или вращательным (колонковым, роторным) способами. При бурении скважин на участках строительства жилых, общественных, промышленных, гидротехнических и мелиоративных сооружений применение глинистых растворов запрещается. Промывку забоя скважин следует производить только чистой водой.
    На участках строительства водозабора подземных вод бурение скважин в рыхлых или неустойчивых скальных грунтах, содержащих напорную воду, допускается с применением глинистых растворов и последующей (перед испытанием) тщательной их разглинизацией.
    2.3.3.Если не обеспечивается устойчивость стенок ствола скважин, надлежит устанавливать фильтры.
    2.3.4.При спуске тампона, фильтра, затрубного пьезометра в скважину должна быть обеспечена герметичность соединений труб.
    2.3.5.Башмак колонны обсадных труб должен быть расположен не выше 1 м над верхом фильтра.
    2.3.6.При установке фильтра с гравийной обсыпкой обнажение фильтра следует производить постепенно, поднимая каждый раз колонну обсадных труб на 0,5 - 0,6 м после засыпки в скважину слоя гравия 0,8 - 1 м по высоте. Верхняя граница обсыпки должна быть выше верха водоприемной части фильтра.
    2.3.7.Скважина должна быть обеспечена надежной изоляцией от поверхностных вод и атмосферных осадков.
    2.3.8.Прокачку скважин следует вести не менее 2 ч до полного осветления откачиваемой воды с последующим наблюдением за восстановлением уровня воды до статического. Прокачку скважин в рыхлых грунтах следует проводить с постепенным увеличением расхода воды.
    2.3.9.Перед началом испытания следует заполнить журнал откачки воды (приложения 5.1 и 5.2).
    2.4.Проведение испытания
    2.4.1.При проведении испытания надлежит выполнить следующие основные операции:
    включение водоподъемника;
    откачку воды с фиксацией начала работ в журнале испытаний;
    замеры расхода и уровня воды в центральной скважине;
    замеры уровней воды в наблюдательных скважинах и в реке (водоеме) по водомерной рейке;
    контроль за работой измерительной аппаратуры и ведение журнала испытаний;
    фиксация в журнале испытаний изменений природной обстановки, влияющих на режим уровня подземных вод (дождь, паводок, таяние снега, изменение атмосферного давления, температуры и т.д.);
    прекращение откачки;
    наблюдения за восстановлением уровня воды в скважинах и при необходимости нивелирование нулевых точек;
    замер глубины центральной скважины.
    2.4.2.Испытание необходимо проводить при одной постоянной величине расхода или понижения уровня воды.
    2.4.3.При откачке следует осуществлять непрерывный отвод откачиваемой воды на расстояние, исключающее возможность ее влияния на уровень (напор) воды в скважинах в период откачки и последующего восстановления его.
    2.4.4.Откачку необходимо проводить непрерывно; непродолжительные перерывы по техническим причинам не должны превышать суммарно 10 - 15 % от продолжительности испытания и не должны приводить к искажению графика (общего вида) изменения уровня воды во времени.
    2.4.5.Частота измерения расхода и динамических уровней воды в процессе испытания должна быть определена проектом производства работ в зависимости от целевого назначения и продолжительности откачек воды; она должна быть достаточной для построения временных графиков прослеживания понижения (повышения при восстановлении) уровня воды. Измерения расхода воды необходимо проводить в те же сроки, что и замер уровней.
    2.4.6.Наблюдение за уровнем воды (при производстве дискретных замеров) в скважинах куста надлежит производить в одной и той же последовательности с тем, чтобы промежутки времени между замерами в одних и тех же скважинах были по возможности равными.
    2.4.7.Откачки воды из скважин, расположенных на прибрежных участках, с водоносного горизонта, гидравлически связанного с поверхностными водотоками и водоемами, а также из скважин, расположенных вблизи крупных карстовых родников со значительными колебаниями их расхода во времени, в период паводков проводить не допускается.
    2.4.8.После окончания откачки следует проводить наблюдения за восстановлением уровней воды в скважинах; при этом частота наблюдений должна обеспечивать получение представительных графиков прослеживания.
    2.4.9.Ликвидацию скважин, предусмотренную проектом производства работ, надлежит производить после полевой обработки результатов испытания и проверки всех полученных данных.
    2.4.10.Для контроля откачки воды и текущей интерпретации ее результатов надлежит строить графики:
    изменения величин понижений уровней воды (S) во времени (t) в центральной и наблюдательных скважинах [S = f(t)] и [S = f(lgt)]; изменения величин расхода воды (Q) во времени в центральной скважине
    [Q = f(t)];
    площадного [S = f(lgr)] и комбинированного прослеживания по данным кустовых откачек (при необходимости), где r расстояние между центральной и наблюдательными скважинами.
    3.Метод налива воды в шурфы
    3.1.Условия проведения испытания
    3.1.1.Местоположение пунктов опробования, количество наливов воды в шурфы и методика их проведения должны быть определены проектом производства работ с учетом условий, указанных в п. 1.5, с последующим уточнением их по данным полевых испытаний и лабораторных исследований грунтов.
    3.1.2.В составе испытаний должно быть: исследование скважинами или шурфами толщи грунта, геологическая документация ее и отбор проб грунта из каждого выделенного слоя, но не реже чем через 0,5 м.
    В результате лабораторных исследований должны быть определены: объемный вес, пористость, влажность, полная влагоемкость и гранулометрический состав (для песков) грунта.
    3.1.3.Испытание методом налива воды в шурфы следует выполнять в однородных по литологическому составу и плотности сложения грунтах.
    3.1.4.Испытание надлежит проводить при постоянном напоре воды по технологическим схемам:
    установившегося движения воды до стабилизации расхода воды при условии, что глубина промачивания в период проведения испытаний не должна достигать капиллярной каймы грунтовых вод или границы слоя грунта с иной водопроницаемостью;
    неустановившегося движения воды - без необходимости стабилизации расхода воды и ограничения глубины промачивания.
    Проведение испытания по схеме неустановившегося движения воды допускается при свободном понижении уровня и постоянном расходе воды.
    3.1.5.В составе воды, применяемой для испытаний, не должно быть механических и органических примесей.
    3.2.Аппаратура
    3.2.1.В комплекте оборудования для проведения испытания должны быть:
    инфильтрометр одно- или двухкольцевой;
    питающая система для подачи воды в инфильтрометр;
    инструмент для подготовки зумпфа с горизонтальным дном.
    3.2.2.Однокольцевой инфильтрометр должен иметь диаметр не менее 35 см; двухкольцевой - диаметр внешнего кольца не менее 45 - 50 см при отношении его к диаметру внутреннего кольца 2:1.
    3.2.3.Питающая система должна обеспечить непрерывную подачу воды в инфильтрометр.
    3.3.Подготовка к испытанию
    3.3.1.Подготовку к испытанию необходимо проводить в следующем порядке:
    устройство в шурфе зумпфа глубиной не менее 20 см с разравниванием дна и удалением кольматирующего материала;
    установка инфильтрометра с вдавливанием его на глубину не более 2,5 см;
    устройство подушки на дне зумпфа из песка, мелкого гравия или другого хорошо проницаемого материала слоем 1 - 2 см;
    установка питающих и резервных емкостей с водой;
    проверка непосредственно перед началом испытаний работы системы питания;
    подготовка оборудования для бурения скважины и средств для отбора проб грунта на влажность.
    3.3.2.Зазор между кольцом инфильтрометра и стенками зумпфа следует заполнить грунтом, вынутым в процессе проходки зумпфа, слоями по 2 - 5 см с трамбовкой их до плотности, близкой к плотности грунта в естественном сложении.
    3.3.3.При использовании двухкольцевого инфильтрометра кольца должны быть установлены концентрически, а уровни воды в них одинаковыми.
    3.3.5.Перед началом испытаний следует заполнить журнал испытания (приложение 5.3).
    3.4.Проведение испытания
    3.4.1.При проведении испытания надлежит выполнить следующие основные операции:
    заполнение инфильтрометра водой слоем не менее 10 см с фиксацией начала испытаний в журнале;
    непрерывная подача воды для поддержания заданного уровня или расхода;
    замер уровня и расхода поступающей в инфильтрометр воды;
    контроль за работой измерительной аппаратуры и ведение журнала испытаний с фиксацией изменений природной обстановки;
    прекращение налива;
    бурение скважин (после окончания налива) для отбора проб грунта на влажность и определения глубины промачивания.
    3.4.2.Измерение расхода воды следует производить через 10 мин в течение первого часа, через 20 мин - в течение второго часа, через 30 мин - в течение третьего часа и далее - через 60 мин до окончания испытания.
    3.4.3.Погрешность измерения расхода должна быть не более 5 % фактического расхода воды.
    Величина колебаний уровня воды в инфильтрометре при проведении налива с постоянным напором должна быть не более:
    для полупроницаемых грунтов - 2 мм;
    для хорошо проницаемых - 5 - 10 мм.
    При проведении налива с постоянным расходом воды или свободным понижением уровня воды после налива погрешность измерений уровня должна быть не более 3 - 5 мм.
    3.4.4.Расход воды следует считать установившимся, если в течение последних 6 ч не наблюдаются уменьшения и отклонения измеренных за этот период значений более 10 % от средней величины.
    3.4.5.Для определения глубины промачивания допускается использовать радиометрические способы.
    3.4.6.Для своевременного контроля за ходом налива и интерпретации его результатов в процессе испытаний следует строить графики:
    при проведении налива с постоянным напором (h = const)
    [v = f(t)] и, [vw = f(w)]
    где - текущая скорость (Q - расход) впитывания воды;
    w - суммарный (с начала испытания до момента замера) объем впитывающейся воды;
    F - площадь инфильтрометра;
    величины v и w следует принимать на один и тот же момент времени;
    при проведении налива с постоянным расходом (Q = const) или налива со свободным понижением уровня
    h = f(t) и u = f(t)
    где h - высота слоя воды в инфильтрометре;
    u - скорость подъема или понижения уровня воды в инфильтрометре.
    3.4.7.При отклонении графика [vw = f(w)] от линейного (нарушение однородности смоченной толщи грунта) испытание следует прекратить.