Межгосударственный стандарт ГОСТ 23278-2014 "Грунты. Методы полевых испытаний проницаемости" (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 12 декабря 2014 г. N 2031-ст)

Soils. Field methods for determining permeability

Дата введения - 1 июля 2015 г.

Взамен ГОСТ 23278-78

ГАРАНТ:

Настоящий ГОСТ был включен в Перечень документов в области стандартизации, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований Технического регламента о безопасности зданий и сооружений

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"

Введение

Настоящий стандарт является актуализированной редакцией ГОСТ 23278-78 и составлен с учетом требований Федеральных законов N 184-ФЗ "О техническом регулировании" от 27 декабря 2002 г. и N 384-ФЗ "Технический регламент о безопасности зданий и сооружений" от 29 декабря 2012 г. Работа выполнена Открытым акционерным обществом "Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве" (ОАО "ПНИИИС") под руководством кандидата геолого-минералогических наук, старшего научного сотрудника М.В. Лехова.

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на изыскания в строительстве и устанавливает требования к методам полевых испытаний грунтов с целью определения параметров, используемых для гидрогеологических расчетов.

2 Термины, определения и обозначения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

2.1 безнапорный поток подземных вод: Поток подземных вод, ограниченный сверху свободной поверхностью, напор в каждой точке которой равен высотной отметке точки над плоскостью сравнения.

2.2 водоносный пласт (горизонт): Слой или слоистая толща проницаемых пород, в которых развит гидравлически единый поток подземных вод.

2.3 геофильтрационные параметры: Параметры пласта (горизонта), в котором происходит фильтрация воды, используемые в гидрогеологических расчетах.

2.4 гравитационная емкость (безразмерный параметр): Параметр, определяющий изменение объема воды в элементе безнапорного пласта единичной площади в плане, отнесенное к изменению уровня свободной поверхности.

2.5 зона аэрации: Толща неводонасыщенного грунта, расположенная над свободной поверхностью потока подземных вод и капиллярной каймой.

2.6 коэффициент перетока , : Параметр, определяемый как отношение коэффициента фильтрации слабопроницаемого слоя, разделяющего водоносные пласты, к его мощности.

2.7 коэффициент фильтрации k, м/сут: Параметр, характеризующий проницаемость грунтов в отношении фильтрации воды при полном насыщении, численно равный скорости фильтрации при единичном градиенте напора.

2.8 кустовой опыт: Опытная откачка (опытный налив) из центральной скважины при наличии наблюдательных скважин, расположенных на разном удалении от нее.

2.9 нагнетание: Нагнетание воды в скважину под давлением с целью поинтервальной оценки изменчивости поглощения воды.

2.10 напор Н, м: Характеристика уровня потенциальной энергии в точке потока, равная высоте положения уровня воды в пьезометре относительно плоскости сравнения.

2.11 напорный поток подземных вод: Поток подземных вод, имеющий сверху непроницаемую границу (водоупорный слой), напор на которой превышает ее высотную отметку.

2.12 одиночный опыт: Опытная откачка из скважины или опытный налив в скважину без устройства наблюдательных скважин.

2.13 опытная откачка: Отбор воды из шурфа, колодца или скважины, оборудованной фильтром или имеющей открытые стенки, сопровождаемый наблюдениями за уровнями воды и дебитом с целью определения геофильтрационных параметров.

2.14 опытный налив: Подача воды в шурф, колодец или скважину, оборудованную фильтром или имеющую открытые стенки, сопровождаемый наблюдениями за уровнями воды и дебитом с целью изучения геофильтрационных параметров.

2.15 проводимость Т, : Параметр, характеризующий способность водоносного пласта (слоя, горизонта) пропускать фильтрационный поток.

2.16 проницаемость: Свойство грунта пропускать жидкость под действием перепада гидростатического напора.

2.17 субнапорный поток подземных вод: Поток подземных вод, приуроченный к толще двухслойного строения с хорошо проницаемым нижним слоем и слабопроницаемым верхним слоем, в котором залегает свободная поверхность.

2.18 удельное водопоглощение q, : Косвенная характеристика проницаемости, определяемая по результатам нагнетаний как отношение расхода закачиваемой воды к повышению напора и к длине опытного интервала ствола скважины.

2.19 упругая емкость * (безразмерный параметр): Параметр, определяющий отношение изменения воды в элементе пласта единичной площади в плане к изменению напора в процессе компрессионного сжатия или разуплотнения, обусловленного естественным или техногенным изменением давления.

2.20 фильтрация воды: Движение воды в поровом или трещинном пространстве грунта.

3 Общие положения

3.1 Коэффициент фильтрации k водонасыщенных грунтов следует определять методом опытной откачки (опытного налива) в условиях однородного строения водоносного горизонта.

3.2 При испытаниях методом опытной откачки (опытного налива) водоносного горизонта неоднородного строения следует определять его проводимость Т.

Примечание - Коэффициенты фильтрации k слоев неоднородного водоносного горизонта рекомендуется определять методом кустовой опытной откачки (опытного налива) из несовершенной скважины с ярусным расположением наблюдательных скважин.

3.3 Коэффициент фильтрации k неводонасыщенных грунтов зоны аэрации следует определять методом налива в шурф.

3.4 Упругую емкость * и гравитационную емкость пласта следует определять методом кустовой опытной откачки (опытного налива) как параметры, связанные с параметрами проницаемости, методикой обработки опытных данных и прогнозными расчетами.

3.5 Коэффициент перетока следует определять методом кустовой опытной откачки (опытного налива) из скважины как параметр, характеризующий проницаемость разделяющего слоя между водоносными пластами.

Примечание - В субнапорных пластах следует определять методом кустовой опытной откачки (опытного налива) из скважины коэффициент перетока , который характеризует в этом случае вертикальный водообмен верхнего слабопроницаемого слоя под свободной поверхностью.

3.6 Выбор метода полевых испытаний следует осуществлять, руководствуясь таблицей 1.

Таблица 1

Гидродинамическая зона	Метод	Определяемый параметр	Примечание
Зона аэрации	Налив в шурф	Коэффициент фильтрации k	Мощность зоны более 1,5 м
Слабопроницаемый верхний слой субнапорного пласта	Опытная откачка воды из скважины	Коэффициент фильтрации k Коэффициент перетока Гравитационная емкость	Фильтр опытной скважины в нижнем или верхнем слое (см. 2.17). Фильтры наблюдательных скважин - под свободной поверхностью и в нижнем слое. Опытная откачка кустовая, длительная
Водоносный горизонт	Опытная откачка воды из скважины	Проводимость Т Коэффициент фильтрации k Упругая емкость * Гравитационная емкость	Опытная откачка кустовая и одиночная. Возможны опытные откачки из шурфов, колодцев
Разделяющий горизонт слабопроницаемых пород	Опытная откачка воды из скважины	Коэффициент перетока	Кустовая опытная откачка в водоносном пласте с наблюдениями в соседнем пласте

3.7 В качестве вспомогательных методов рекомендуется использовать:

- откачки в колодцах и шурфах, вскрывающих подземные воды;

- поинтервальные нагнетания (см. А.1 приложения А) в скважины;

- расходометрию скважин (см. А.2 приложения А).

4 Опытная откачка

4.1 Условия применения

4.1.1 Стандартные нормы проведения опытных откачек из скважин в равной степени применимы к опытным наливам в скважины.

4.1.2 Опытную откачку и опытный налив следует применять как теоретически и методически равно обоснованные методы. Отказ от одного в пользу другого следует производить, исходя из технических условий.

Примечание - Отказ от опытной откачки определяется запретом сброса откачиваемой воды в систему водоотведения, на рельеф, в водоем, осушением ствола скважины, а также угрозой осадочных деформаций прилегающей территории; отказ от опытного налива - необеспеченностью водой, переливом устья опытной скважины.

4.1.3 Интервал испытаний и расположение фильтров скважин следует назначать, исходя из цели испытания и на основании разреза с установившимися уровнями подземных вод и основными литологическими разностями (зонами трещиноватости).

4.1.4 Опытные откачки и опытные наливы в скважинах с глухими стенками диаметром менее 50 см через забой запрещаются.

4.2 Кустовая опытная откачка (опытный налив)

4.2.1 Кустовую опытную откачку (опытный налив) надлежит использовать как основной и наиболее обоснованный метод опытно-фильтрационных испытаний.

4.2.2 Количество, расположение, конструкция скважин, длительность и дебит опыта подлежат планированию на основе численных или аналитических расчетов радиальной фильтрации. Для неоднородных горизонтов следует использовать модели профильной фильтрации.

4.2.3 Выбор дебита должен обеспечивать конечное понижение (повышение) дальней наблюдательной скважины куста не менее 30 см, но при этом в процессе опыта не должно происходить осушение фильтра при опытной откачке или перелив через устье фильтровой колонны при опытном наливе.

4.2.4 Наблюдательные скважины следует размещать:

- вдоль одного луча, числом не менее трех;

- в скальных анизотропных в плане массивах следует устраивать два луча, направление лучей должно совпадать с ожидаемыми направлениями анизотропии;

- ближнюю скважину в опробуемом пласте следует размещать на удалении не менее 2 и не далее 5 м;

- расстояние от центральной до каждой следующей скважины должно увеличиваться в геометрической прогрессии с тем, чтобы дальняя скважина оказалась на удалении не менее 1,5-ной мощности пласта;

- для изучения вертикальной фильтрационной неоднородности рядом с двумя наблюдательными скважинами в окрестности радиусом, не превышающим 0,8 мощности пласта, рекомендуется устраивать дополнительные скважины с ярусными фильтрами.

4.2.5 В безнапорном и субнапорном пласте должны быть установлены две скважины с коротким фильтром непосредственно под свободную поверхность рядом с ближайшими наблюдательными скважинами, которые имеют фильтры в нижней части водоносного горизонта.

4.2.6 В выше- или нижерасположенном водоносном горизонте в том случае, если имеет место перетекание между ним и опробуемым горизонтом, должны быть установлены две наблюдательные скважины рядом с ближними наблюдательными скважинами на основной водоносный пласт. Должна быть обеспечена надежная изоляция фильтрового интервала от перетока воды из соседнего горизонта по затрубью.

4.2.7 Длительность кустовой опытной откачки (опытного налива) должна протекать не менее 3 сут. в напорном пласте. В безнапорном и субнапорном пласте опыт может быть закончен не ранее, чем через 7 сут., решение об остановке принимают на основании корректировочных расчетов в ходе опыта. В опытах, предназначенных для характеристики динамики водоотдачи, перетекания или связи с водоемом, длительность может быть увеличена до 2 недель и более.

4.2.8 Диаметр бурения центральной скважины куста должен быть не менее 219 мм; диаметр фильтра - не менее 168 мм. Наличие отстойника длиной не менее 1,5 м обязательно.

Длина фильтра центральной скважины куста должна быть не менее 6 м, в случаях интервальных испытаний допустима длина 3 м. Для пласта меньшей мощности длина фильтра равна ее величине.

При откачке фильтр центральной скважины рекомендуется устанавливать в наиболее проницаемой зоне средней или нижней части разреза для предотвращения осушения фильтра и насоса.

4.2.9 Диаметр бурения наблюдательной скважины куста должен быть до 132 мм. Внешний диаметр фильтра - не менее 89 мм. Длина фильтра - не более 3 м.

4.3 Одиночная опытная откачка (опытный налив)

4.3.1 Одиночную опытную откачку (опытный налив) следует проводить для получения ориентировочных параметров для предварительных прогнозных решений.

4.3.2 Диаметр бурения опытной скважины должен быть не менее 168 мм; диаметр фильтра - не менее 108 мм. Наличие отстойника длиной не менее 1,5 м обязательно. Длина фильтра скважины - не менее 3 м.

4.3.3 Дебит подлежит планированию с помощью имитационных расчетов, материалы по которым должны быть представлены в отчетной документации.

4.3.4 Длительность одиночной опытной откачки должна составлять не менее 8 ч.

4.4 Оборудование

4.4.1 Опытную откачку следует проводить при наличии насоса, а также водоподъемного оборудования. Опытный налив следует проводить через жесткую (металлическую или пластиковую) трубу, опускаемую в скважину под уровень воды не менее чем на 1 м.

Выбор оборудования для опытной откачки или опытного налива должен исходить из требования обеспечить постоянный дебит.

4.4.2 Опытную откачку и опытный налив следует проводить при наличии устройств измерения расхода и уровней воды в скважинах, отвода или подвода воды. Измерительные устройства и приборы должны обеспечить измерение дебита с погрешностью не более 5%, измерение уровня воды - с точностью до 1 см.

При объемном способе измерения дебита измерительная емкость выбирается, исходя из условия ее заполнения в течение не менее 20 с.

4.4.3 Диаметр фильтровой колонны опытной скважины должен обеспечивать возможность установки водоподъемного оборудования и измерения уровня воды.

Для измерения уровня воды в опытной скважине рекомендуется помещать в скважину пьезометрическую трубу для спуска измерительного оборудования, которая также обеспечит требуемую точность и предотвратит его повреждение.

4.4.4 Размеры проходных отверстий фильтров должны предотвращать суффозионный вынос грунта. Водоприемная длина фильтра не должна уменьшаться в процессе опыта вследствие накопления суффозионного материала в стволе скважины.

4.4.5 В дисперсных грунтах следует в обязательном порядке устанавливать фильтры с песчано-гравийной обсыпкой толщиной не менее 2,5 см. Перед обсыпкой смесь гравия и крупнозернистого песка должна быть отмыта от глинистых и пылеватых фракций.

4.4.6 В скальных крепких породах следует использовать скважины без фильтра, с изоляцией ствола вне опытного или наблюдательного интервала.

4.4.7 Для полевой обработки данных должно быть предусмотрено камеральное место - столы, стулья, светильники, переносной компьютер с программным обеспечением работы с электронными таблицами и графиками. Кустовые опытные откачки должны быть обеспечены местами для круглосуточного нахождения и отдыха персонала сообразно климатическим условиям.

4.5 Подготовка к испытаниям

4.5.1 Подготовку к испытанию необходимо проводить в следующем порядке:

- бурение скважин и установка фильтровых колонн, очистка скважин;

- измерения уровня воды в скважинах;

- высотная привязка устьев скважин и верха труб, от которого производят измерения уровней воды;

- установка водомерной рейки в расположенном вблизи водоеме;

- монтаж оборудования для подъема или налива воды, монтаж водовода;

- установка и поверка измерительной аппаратуры;

- пробная откачка воды из опытной и наблюдательных скважин с наблюдением за уровнями воды и дебитом, документация обязательна;

- наблюдения после прокачки за восстановлением уровня воды.

4.5.2 По результатам пробной опытной откачки длительностью до 2 ч должна быть произведена корректировка дебита и длительности опыта для того, чтобы избежать осушения фильтра в процессе опытной откачки или излива на устье при опытном наливе.

4.5.3 Для профилактики водоподъемного оборудования планируемые остановки должны производить не ранее, чем через 1 сут., на срок не более 10 мин. Через 2 сут. (но не позднее, чем за 1 сут. до окончания опыта) планируемая остановка может длиться не более 30 мин.

4.5.4 Бурение скважин следует выполнять ударно-канатным или роторным способами (для специальных целей, связанных с отбором проб, керна, при малом диаметре скважины может быть использован колонковый способ). При бурении скважин применение глинистого раствора запрещается.

4.5.5 После спуска фильтровой колонны песчано-гравийную обсыпку следует производить, постепенно поднимая колонну обсадных труб. Верх обсыпки должен быть выше фильтра.

4.5.6 Скважина должна быть обеспечена изоляцией от перетекания воды по затрубью.

Изоляция обеспечивается переходом на меньший диаметр бурения над интервалом установки фильтра. Буровые трубы прежнего диаметра не извлекают. Обсадные трубы конечного диаметра бурения поднимают после установки фильтра. Затрубное пространство колонны над фильтром тампонируют.

На устье обязательна трамбовка глиной затрубного пространства для изоляции от атмосферной воды и предотвращения провальных оседаний во время откачки.

4.5.7 После бурения скважина должна быть прокачана для удаления шлама и промывки фильтровой зоны в течение не менее 2 ч до полного осветления воды.

4.5.8 Опытную откачку или налив следует начинать после полного восстановления уровня воды до статического положения.

Наблюдения за восстановлением уровня воды после прокачки до начала опыта должны продолжаться не менее 4 ч для пород с коэффициентом фильтрации к более 2 м/сут и не менее 10 ч для пород с меньшей проницаемостью.

4.5.9 При откачке следует осуществлять отвод воды на расстояние, исключающее возможность ее влияния на ход опыта.

4.5.10 Перед началом испытания следует внести исходные данные в журнал опыта (см. Б.1 и Б.2 приложения Б).

4.5.11 В период подготовки основных испытаний следует предусмотреть наблюдения:

- за уровнями подземных вод в скважинах вне зоны влияния откачки для учета естественного режима;

- уровнями подземных вод соседнего горизонта, для принятия решения о связи с опробуемым пластом;

- уровнем водоема, оказывающего влияние на процесс испытания.

4.6 Проведение испытаний

4.6.1 Стандартом предусмотрены следующие операции, которые фиксируются в журнале (см. Б.1 и Б.2 приложения Б):

- непосредственно перед опытом измерение уровня воды в скважинах;

- измерение уровней воды в скважинах в процессе опыта и в процессе восстановления, измерение дебита при откачке или наливе;

- измерение уровней воды в водоеме;

- контроль работы аппаратуры, регламентное обслуживание оборудования;

- фиксация гидрометеорологической обстановки - дождь, паводок, изменение атмосферного давления;

- фиксация аварийных ситуаций, их длительности;

- построение во время опыта графиков изменения напоров в скважинах и дебитов в логарифмическом масштабе времени;

- измерения глубины до забоя скважин по окончании откачки (налива).

4.6.2 Частота измерений расхода и уровней воды определяется логарифмическим характером увеличения времени между ними. Измерения следует производить в следующие моменты после начала опыта: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 8, 10, 12, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 80, 100 мин., 2, 2,5, 3, 3,5, 4, 4,5, 5, 5,5, 6, 7, 8, 9, 10 ч, далее интервал 2 ч.

4.6.3 В течение всего периода проведения опыта откачка воды не должна приводить к осушению фильтра и насоса, при наливе воды - к изливу на устье.

Если произошло преждевременное осушение или перелив, следует остановить опыт, дождаться восстановления и произвести новый опыт с меньшим значением дебита. Длительность восстановления определяется достижением статического уровня.

4.6.4 После остановки опытной откачки или опытного налива следует проводить наблюдения за восстановлением уровней воды в скважинах с частотой, указанной в 4.6.2.

4.6.5 После испытания рекомендуется провести в скважинах кратковременные наливы воды или откачки воды с последующим наблюдением за восстановлением для оценки инерционности фильтров и относительной фильтрационной неоднородности пласта. Рекомендуется измерить объем опытной откачки или опытного налива, обеспечить изменение уровня воды в скважине более 1 м.

5 Налив воды в шурф

5.1 Условия проведения

5.1.1 В составе испытаний должен быть изучен разрез, произведен отбор проб грунта из основных литологических разностей.

По результатам лабораторных испытаний должны быть определены объемный вес, пористость, влажность, полная влагоемкость, гранулометрический состав грунта, высота капиллярного поднятия.

5.1.2 Испытание следует выполнять в грунтах, близких к однородным по гранулометрическому составу и плотности сложения.

5.1.3 В период испытания фронт промачивания не должен достигать капиллярной каймы грунтовых вод или слоя грунта с резким уменьшением проницаемости. Испытания рекомендуется проводить при мощности зоны аэрации не менее 2 м.

5.1.4 Испытание надлежит проводить:

а) при постоянном напоре воды в шурфе:

1) с достижением стабилизации расхода воды,

2) без достижения стабилизации расхода воды;

б) при мгновенном наливе со свободным понижением уровня.

5.2 Оборудование

5.2.1 Оборудование для проведения испытаний включает:

- инфильтрометр - кольца диаметром не менее 35 см и не менее 50 см, устанавливаемые концентрически;

- источник водоснабжения с запасом, равным объему налива;

- устройство или емкость для подачи воды в инфильтрометр;

- комплект, установка бурения мелкой скважины для определения глубины промачивания;

- камеральное место - стол, стул, навес.

5.2.2 В составе воды для подачи расхода инфильтрации не должно быть механических, эмульсионных и органических примесей.

5.3 Подготовка к испытанию

5.3.1 Подготовку к испытанию необходимо проводить в следующем порядке:

- установка колец инфильтрометра с вдавливанием на глубину до 2 см в зумпф шурфа с дном, засыпанным слоем 1-2 см крупнозернистого песка или гравия;

- при использовании системы автоматического поддержания уровня - установка и проверка водоподачи.

5.3.2 Пространство за внешним кольцом инфильтрометра следует заполнить утрамбованным грунтом.

5.4 Проведение испытания

5.4.1 При проведении испытания надлежит выполнить следующие основные операции:

- заполнение инфильтрометра водой слоем 10-20 см;

- непрерывная подача воды для поддержания уровня, одинакового во внутреннем и внешнем кольце;

- измерения уровня и расхода налива;

- ведение журнала испытаний (см. Б.3 приложения Б);

- бурение скважины (после окончания налива) для отбора проб грунта на влажность.

5.4.2 Измерение расхода воды следует производить через 10 мин. в течение первого часа, далее через 20-30 мин.

5.4.3 Погрешность измерения расхода должна быть не более 5%. Колебания уровня воды в инфильтрометре должны быть не более 1 см.

5.4.4 Для определения глубины промачивания допускается использовать радиометрический каротаж.

5.4.5 В процессе налива с постоянным напором следует строить для внутреннего кольца график зависимости расхода Q от времени t и расчетный график зависимости QW ot W, где W - кумулятивный объем впитавшейся с начала налива воды.

Через 6 ч после стабилизации расхода (с изменчивостью до 5%) или выхода графика зависимости QW от W на прямую линию испытание может быть прекращено.

5.4.6 Для налива со свободным понижением уровня следует строить график зависимости высоты слоя воды в инфильтрометре h от времени t. Наблюдения продолжают до момента осушения инфильтрометра.