По становлением Государственного комит ета СССР по делам строительст ва от 30 июня 1982 г. № 166 срок введения установл ен

с 01.07.83

Настоящий стандарт распространя ется на мерзлые, пром ерзающие и протаивающие грунты и устанавливает метод полевог о определения их температуры в ходе инженерно-геокриологических (мерзлотных) исследований, выполняемых на площадках проектируемых, строящихся и эксплуатируемых зданий и сооружений, а также на оп ыт ных площадках, пр едназ нач енных для стационарных наблюдений.

Стандарт не распространяется на методы измерения температуры поверхности грунтов.

1 . ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1 . Полевые измерения температуры грунтов должны проводит ься по программе, согласованной с заказчиком и отвечающей требованиям, приведенным в обязательном приложении 1 , в целях:

получения конкретных данных о температуре мерзлых, пром ерзающих и прота ивающих грунтов для использования их в теплотехнических расчетах при проектировании;

оценки и прогноза устойчивости территории освоения;

назначения глубины заложения и выбора типа фундаментов зданий и сооружений и определения их несущей способности;

контроля и оценки изменений, происходящих в тепловом режиме грунтов в результате возв едения и эксплуатации зданий и сооружений или осуществления различных инженерных мероприятий.

1.2 . Измерения т емп ературы грунтов до лжны выполняться в заранее подготовленных и выстоянных скважинах переносными или стационарными термоизмерительными комплектами, представляющими собой г ирля нды эл ектрич еск их датчиков т емп ературы с соответствующей измерительной аппаратурой или гирлянды «заленивленных» ртутных т ермом етров.

На опыт ных площадках и в ос но ва ниях зда ний и сооруж ен ий допускается уста новка датчиков темп ературы непосредств ен но в грунт с обязат ел ьным соблюд ением мер, обеспечивающих надежность работы аппаратуры в течение планируемого п ериода наблюдений.

1.3 . Многоканальные термоизмерительные системы с центральным пультом измерений, предназначаемые для проведения длитель ных (режим ных) наблюдений за температурой грунтов на групповых опытных площадках или в основаниях зда ний и соору жений, должны выполняться по про ектам, разработанным с учетом инженерно-геологических и климатических условий района работ.

1.4 . Температуру мерзлых, промерзающ их и протаивающих грунтов сл едует выражать в градусах Цельсия с округлением до 0,1 °С .

1.5 . При подготовке и проведении термоизмерительных работ необходимо выполнять мероприятия по снижению суммарной погрешности измерений, слагающейся из инструментальных и дополнительных погрешностей, согласно обязательному приложению 2 .

1.6 . Инструментальная погрешность приборов для полевых измерений температуры грунтов не должна превышать:

± 0,1 °С в диапазоне температур ± 3 °С;

± 0,2 °С » » » ± (св. 3 до 10 включ.) ° С;

± 0 ,3 °С » » » ± (св. 10) ° С.

1.7 . Аппаратура и приборы для измерения т емпературы перед началом и после окончания полевого сезона, а также после выявления и устранения неисправностей должн ы поверяться путем сопоставл ения их с образцовыми мерами и им еть аттестаты поверок, содержащие величины поправок.

Многоканальные термоизмерительные системы должны содержать устройства для калибровки и периодически поверяться по всем каналам (согласно инструкции по эксплуатации, выдаваемой предприятием - изготовителем оборудования).

2 . ОБОРУДОВАНИЕ И ПРИБОРЫ

2.1 . Комплект для полевого измерения температуры грунтов в скважинах представляет собой гирлянду (сборку) электрических датчиков температуры или ртутных «заленивленных» термометров, закрепленных на несущем шнуре в соответствии с глубиной точек измерения (см. п. 3.8 ).

Количество ртутных «заленивленных» термометров в одной гирлянде не должно превышать 5 шт. При большем ч исле точек измерения термометры следует группировать по 5 шт. в самостоятельные гирлянды, устанавливаемые в скважину совместно.

2.2 . В качестве электрических датчиков температуры грунтов следует применять чувствительные элементы промышленных ме рных термометров сопротивления с номиналом 100 Ом (например, ЭСМ-03 по ТУ 25.02.738.71).

Допускается использовать для измерения температуры грунтов электрические датчики других видов (термометр ы сопротивления других номи налов, термисторы марок ММТ-1 и ММТ-4, термопары и т. п.) при условии обеспечения требований п. 1.6.

2.3 . Монтаж гирлянды электрических датчиков температуры долж ен выполняться по схеме, приведенной в рекомендуемом приложении 3 , однотипным (из од ной бухты) многожильным медным проводом с еч ени ем 0,35 - 0,5 мм² с над ежной изоляц ией; м еста спаек должны быть электро- и гидроизолированы.

Разница в сопротивлениях со ед инительных проводов, измер енная на клеммах разъема, не должна превышать 0,01 Ом; сопротивление изоляции проводов, шунтирующее датчик, должно б ыт ь не м ен ее 2 МОм.

2.4 . В качестве измеритель ных приборов к эл ектрич еским датчикам сл еду ет пр именять специальные термометрические многопред ельные неравновесные мосты или пот енциометры постоянного тока, отградуированные в градусах Цельсия, при цене деления шкалы не более 0,1 °С, либо лабораторные мосты сопротивлений класса точности 0,05 - 0,1 % (МО-62, МО-64, Р-39 и т. п .), подключаемые к гирлянде через узел коммутации.

2.5 . Пр и изм ер ении те мпературы грунтов в скважинах ртутными т ермометрами следует применять ртутные метеорологические термометры с ценой деления не более 0,2 °С (по ГОСТ 2045-71 и ГОСТ 112-78 ), предварительно вмонтировав их в специальные «заленивливающие» оправы для по выш ения т епловой инерции.

Тепловая инерция «заленивленного» термометра х аракт еризуется двумя параметрами, которы е должны ежегодно поверяться:

время задержки - время, за которое показание исходной температуры изм енится на 0,1 °С при переносе термометра в среду, температура которой отличается на ± 20 °С от исходной. Время задержки «заленивленного» термометра должно составлять (60 ± 10) с , что ориентировочно лимитирует суммарное время снятия отсчетов со всех термометров гирлянды;

показатель тепловой инерции t _о - время, за которое температура изм енится на 63 % от зада ваемого при поверке перепада температуры. По показателю тепловой и нерции при измерении температуры грунтов определяется время выдержки гирлянды термометров в скважине (см. п. 4.3).

2.6 . Градуировка и поверка электрических датчиков и ртутных термометров должны выполняться с погрешностью не более 0,03 °С и включать температуру (0,00 ± 0,02) ° С, при которой опред еляется поправка на «место нуля».

Поверка выпол ня ется в ультратермостате или криостате путем сопоставления показаний проверяемого рабочего датчика или термом етра с показаниями установленного в тех же условиях образцового прибора (равноделенного термометра ТР-1 или ТР-2, нормального термометра Т Л-4 или платинового термометра сопротивления, имеющ их аттестат бюро поверки). От каждой партии датчиков отбирают 2, 3 шт. для длительного хранения и оценки старения их во времени.

Ртутные термометры и медные термометры сопротивления разрешается поверять только на «место нуля». Шкаловые поправки ртутных термометров вычисляются по данным их исходных аттестатов с учетом новых значений поправок на «место нуля».

2.7 . Тариро вка и по верка эл ектрич еских датчиков т емп ературы и изм ерительных приборов к ним, а также ртутных термометров должны производиться в лабораторных условиях на измерительных приборах более высокого класса точности, чем рабочие приборы.

3 . ПОДГОТОВКА К ИЗМЕРЕНИЯМ

3.1 . Для измерения температуры грунтов следует использовать инж енерно-геологич еские скважины диаметром не более 160 мм и целевые термометрические скважины диаметром не более 90 мм, пробуренны е колонковым способом без промывк и на малых оборотах бурового инструмента или ручным буровым комплектом.

Использовать для измерения температуры грунтов скважины, заполненные водой, рассолом или другой жидкостью, не допускается.

3.2 . Скважина в пределах протаивающего слоя грунта должна быть защищена обсадной трубой - кондуктором, заглубленным в вечномерзлый грунт не менее чем на 0,5 м.

При наличии межмерзлотных или подмерзлотных вод и осыпании стенок скважины, на всю ее глубину следует устанавливать защитную пластмассовую или стальную трубу, герметизиро ванную снизу и в соединениях, диаметр которой должен обеспечивать свобо дный спуск и подъ ем гирлянды.

Без обсадки разрешается использовать только сухие скважины с устойчивыми стенками.

3.3 . Кондуктор или защитная труба должны выступать над поверхностью грунта на 0,3 - 0,5 м.

На строительных площадках и в зонах проезда тра нспортных средств верхняя часть обсадных и защитных труб должна быть заглублена на 0,1 - 0,3 м и закрыта металлическим колпаком, предохраняющим скважину от повреждения транспортными средствами и строительными механизмами.

3.4 . Выступающая над поверхностью грунта часть кондуктора или защитной трубы должна быть теплоизолирована коробом с крышкой, заполненным мхом, торфом или другим теплоизоляционным материалом. Входное отверстие скважины (трубы) после бурения и в промежутках между наблюдениями должно плотно за крываться пробкой, предупреждающей возможность попадания в скважину атмосферных осадков и образов ание в ней конденсата или снежной шубы.

При режимных (длительных) наблюдениях в скважинах диаметром более 100 мм, затрубное пространство защитных труб следует засыпать сухим песком или мелким гравием, либо местным сухим изм ельченным грунтом.

3.5 . Подготовка к измерению температуры грунтов в свежепробуренных скважинах включает опытную оценку времени «выстойки» скважины после бурения и величины дополнительной погрешности измерения, вызванной нарушением естественного температурного режима грунтов при бурении и обсадке скважины. Для этого:

на участке с типичными для данной площадки мерзлотно-грунтовыми условиям и проходится и оборуду ется опытная скважина на планиру емую глубину измерения температуры, но не менее 10 м, способ, режим бурения и конструкция которой должны быть аналогичными применяемым в данных условиях;

по око нчании бур ения и обустройст ва скважины проводится измерение температуры грунтов на глубине 5 м и более в следующие сроки: в течение первых трех суток - через каждые 12 ч; далее - через сутки (до момента, когда за трехсуточный период изменение температуры на одних и тех же глубинах составит ± 0,1 °С).

Вр емя «выстойки» опр ед еля ется максимальным п ерио д ом стабилизации температур из измеренных на разных горизонтах.

Оценка дополнит ельной погрешности измерения, возникающей от сокращения времени «выстойки» скважин после бурения, осуществляется по кривым стабилизации температуры в опытной скваж ин е.

При наличии в район е работ стар ых законсервированных скважин, пригодных для термометрии, в них проводятся парал лельные измерения температуры, в соответстви и с результатам и которых коррелируются результаты изм ерения температуры в опытной скважине.

3.6 . При измерении температуры грунтов на глубине 1 м и более и пр и диаметре буровых скважин не более 100 мм допускается пренебрегать погрешностью от конвекц ии воздуха в скважине.

В скважинах диаметром более 100 мм до глубины 5 м следует применять легк ие разделительные диски-диафрагмы, закрепляемые на гирлянде через 1 м.

3.7 . Каждая гирлянда электрических датчиков температуры (или ртутных термометров) должна иметь метку, совмещаемую при установке г ирлянды с горизонтом устья скважины. Расстояни е от этой метки до середины датчика или центра ртутного рез ервуара т ермом етра опр ед еля ет глубину измер ения темп ературы.

Погрешность установки термодатчиков или термометров в ск важи не по глубине не должна пр евышать ± 5 см.

3.8 . Для инженерно-геокриологических исследований глубины измерения температуры в скважинах следует принимать: в пред елах п ер вых 3 м - кратными 0,5 м; зат ем, до глубины 5 м - кратными 1 м; далее - на глубинах 7 и 10 м. В более глубоких скважинах последующие глубины устанавливаются кратными 5 м, а также на забое скважины.

В случ ае аномального распределения температуры грунтов по глубине (при наличии таликов, заглубленных источников тепла и т. п.) и для специальных исследований (для устройства свайных оснований, береговых сооружений и т. п.) допускается изменять глубины измерения температуры в соответствии с конкретными местными услов иями и целями термоизмерительных работ.

3.9 . Для режимных наблюдений за температурой верхних горизонтов грунта, проводимых на опытных площадках или вблизи фундам ентов, дистанционны е датчики температуры следует устанавливать непосредственно в грунт, для чего:

в углу шурфа на выбранных горизонтах делают шпуры (0,20 - 0,25 м) и в них закладывают датчики;

отводят провода восходящей змейкой или в резиновых трубках для снижения механических усилий в них при пучении и осадках грунта;

выполняют обратную засыпку шурфа ранее вынутым грунтом с послойным его уплотнением;

на пов ерх ност и восстана вливают нарушенный растительный и снежный покров.

Время выстойки шурфа после засыпк и от 10 до 20 дней (уточняется опытным путем).

4 . ПРОВЕДЕНИЕ ИЗМЕРЕНИЙ

4.1 . Измерение температуры грунтов следует производить в следующем порядке:

перед спуском термоизмерительной гирлянды в скважину проверяют рабочую глубину скважины, отсутствие ней воды или снежной шубы посредством грузового лота, диаметр которого обеспечивает проход гирлянды;

в скважину или защ итную трубу опускают гирлянду на заданную глубину, закрепляют во входном отверстии скважины пробкой и оставляют на период выдержки, определяемый в соответствии с п. 4.3;

после установки гирлянды в скважину в полевом журнале, форма которого приведена в рекомендуемом приложении 4, записывают: номер скважины, дату ее проходки и обустройства, ном ер гирля нды, дату и время е е устано вки, т емпературу наружного воздуха, измеренную с помощью термометра-праща;

оценивают период выдержки гирлянды в скважине;

по истечени и периода выдержки гирл янды в скважине производят измер ения и регистрацию температуры грунта. При проведении измерений с использованием гирлянды дистанционных дат чиков ее разъем подключают к измерительному прибору, после настройки которого и выбора диапазона измерений последовательно по всем каналам гирлянды снимают и записывают в журнал показания температуры или электрических сопротивлений. Пр и проведении измерений с использованием ртутных «заленивленных» термометров их извлекают (по одному) из скважины, не допуская попадания на термометр прямых солнечных лучей, и записывают отсчеты по шкале температур;

непосредственно после записи отсчетов производят оценку значений температуры путем сопоставления их между собой или с данным и предыдущих измерений. При наличии аномальных отклонений измерения следует повторить;

по окончании измерений переносную гирлянду извлекают из скважины, скважину закрывают пробкой, а короб крышкой. Если гирлянда стационарная, то наружную ее часть следует уложить под крышку короба, накрыть непромокаемой пленкой и крышку короба закрыть на ключ.

4.2 . Неисправности, обусловленные коррозией контактов, обрывом или замыканием проводов, замачиванием электрических датчиков гирлянды атмосферными осадками, должны регистр ироваться в журнале.

До исправления повреждений использовать гирлянду для измерений темп ературы грунтов не допускается.

4.3 . Время выдержк и t _D , ч, гирлянды «заленивленных» ртутных термометров в скважи не следует определять по формуле

где t ₀ - показател ь тепловой инерции (см. п. 2.5), ч;

t_e - исходная температура (температура наружного воздуха во вре мя и змерения), ° С;

t_s - ожидаемая температура грунта в скважине (принимается ориентировочно с погрешностью до ± 2 °С), ° С ;

D t - допускаемая погрешность за счет ограничения времени в ыде ржки, D t £ 0,05 °С.

Время выдержки гирлянды ртутных термометров или электрических датчиков температуры следует определять для разностей температур, равны х 10, 20, 30 и 40 °С, и для разности (t_e - t_s ) использовать ближайшее большее значение време ни выдержки.

4.4 . При режимных наблюдениях на опытных площадках необходимо не нарушать растительный и снежный покров около скважины и на площадке в целом.

4.5 . После окончания измерения температуры грунтов скважины, пройденные в процессе термоизмерительных работ и не переданные заказчику для продолжения стационарных наблюдений, надлежит затампонировать грунтом и закрепить с соответствующей марк ировкой (номер точки измерения, организация), а также очистить площадку от мусора и восстановить почвенно-растительный слой в местах, где он был нарушен в р езультате производства работ по измерению температуры.

5 . ОБРАБОТКА ИЗМЕРЕНИЙ

5.1 . В отсчеты температуры грунтов, зафиксированных в полевом журнале, следует ввести инструментальные поправки, выявленные в результате поверки термодатчиков и измерительных приборов или термометров, включая поправку на «место нуля», полученную в результате последней поверки, и шкаловую поправку, определяемую по паспорту (аттестату) данного измерительного прибора или термометра, с учетом положения «м еста нуля».

Дополнительные погрешности измерения (см. приложение 2 ) должны оцениваться расчетом или опытным путем и учитываться по мере их проявления в конкретных условиях измерения температуры грунтов.

5.2 . Температуру грунтов t_i на глубине d_i , измеряемую мостом эл ектрических сопротивл ений (см. р еком ен ду емо е прилож ен ие 3 ), надлежит вычислять по формуле

где R_i - электрическое сопротивление, изм ер ен но е при положениях переключателя К₁ , К₂ , ..., К _n , Ом;

R ₀ - номинал сопротивления электрич еского термометра, Ом, при температуре 0 °С ;

R_s = R_L + R ₀ - суммарное сопротивление линии связи R_L и образцового резистора, определяемое в положении К₀ п ереключат еля, Ом;

a - температурный коэффициент сопротивления (для медного провода a = 0,00426), 1 /° С;

D - индивидуальная поправка на «место нуля» электрического термометра, °С.

5.3 . Результаты наблюдений за температурой грунтов следует оформлять в виде:

сводной ведомости значений температуры грунтов, скорректированных с учетом инструментальных и дополнительных поправок;

граф ика распределения температуры по глубине для одноразовых измерений температуры или графика термоизоплет - для длительных (режимных) наблюдений. Образцы оформления графиков приведены в рекомендуемом приложении 5.

Графики изотерм следует, как правило, совмещать с геологическим разрезом, на котором показываются также границы раздела талых и мерзлых грунтов, полученные средствами инженерно-геологич еской и геофизической разведки, с указанием даты пров едения этих работ.

5.4 . По результатам измерений температуры грунтов следует составлять технический отчет, который должен включать:

техническое задание и программу проведения термоизмерительных работ;

примененную методику измерений;

оценку инструментальных и дополнительных погрешностей;

акты поверок измерительной аппаратуры;

ситуационный план площадки с указанием плановой и высотной привязки скважин;

сводную ведомость температуры грунтов;

графические материалы (указанные в п. 5.3) ;

выводы о результатах термоизмерительных работ.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Обязательное

ТРЕБОВАНИЯ К ПРОГРАММЕ ПОЛЕВЫХ РАБОТ П О ИЗМЕРЕНИЯМ ТЕМПЕРАТУРЫ ГРУНТОВ

1 . Программа термоизмерительных работ должна быть составлена с учетом:

имеющихся результатов ранее проводившихся исследований инженерно-геокриологических (мерзлотных) условий района;

конкретных условий площадки ( инженер но-геологич еских, геоморфологических, гидрогеологических),

климатических характеристик района проведения измерений;

характера проектируемых зданий и сооружений, типа и глуби ны заложени е их фундаментов;

инженерной подготовки и обустройства осваиваемой территории;

возможности проявления неблагоприятных мерзлот ных процессов и явлений о р езультат е осво ен ия территории;

обеспеченности термоизмерительной аппаратурой и приборами;

резерва на выполнение дополнительных работ на аномальных участках, выявленных в ходе инженерно-геологической и геофизической разведки.

2 . В програм ме долж ны быть предусмотрены:

цели и задачи проводимых измерений;

м еста расположения, глубины и ко нструкц ии термоизоляционных скважин, способы и р еж имы их про ходки;

сроки и п ер иодичность провед ения изм ер ений, число и типы опытных площадок;

состав испол нит ел ей и сроки пров ед ения работ, вклю ча я монт аж и поверку аппаратуры и приборов.

ПР И ЛОЖ ЕНИЕ 2

Обязательное

ПЕРЕЧЕНЬ ДОПОЛНИТЕЛЬНЫХ ПОГРЕШНОСТЕ Й ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГРУНТОВ И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ИХ СНИЖЕНИЮ

Причины погрешностей измерения	Мероприятия по снижению погрешностей
Недостаточная выстойка скважи ны после бурения и обустройства	Увелич ени е вр ем ени выстойки, бурение скважин без промывки на малых оборотах бурового инструмента (см. п. 3.1 ); использование скважин меньшего диаметра; учет поправок по измерениям в опыт ной скважине (см. п. 3.5 )
Конвекция воздуха в скважине	Использо ва ние скважин малого диаметра; установка термоизолирующих коробов над устьем скважи н (см. п. 3.4 ) и разделительных дисков-диафрагм до глубины 5 м (см п. 3.6 ); засыпка скважин сухим песком, мелким гравием или местным сухим измельченным грунтом (см. п. 3.4 )
Конденсация влаги на стенках скважин	Тщательная заглушка скважин пробками (см. п. 3.4 )
Недостаточная выд ержка пер еносных гирлянд в скважине	Ув еличен ие врем ени выд ержк и; снижение теплоемкости гирлянды за счет рацио нальной конструкции; уменьшение показателя тепловой инерции «заленивленных» ртутных т ермом етров
Недостаточное время задержки «заленивленных» термометров	Уменьшение числа термометров в гирля нде; увеличение времени задержки; повышение скорости из вл ечения термометров из скважины и отсчета показаний температуры
Неточность установки термометров по глубине скважины	Повышение точно сти установки термометров и контроль глубин установки
Неточно сть определения момента фиксац ии температуры грунта	Использование для верхних горизо нтов г рунта дистанционных датчиков измерения температуры с установкой их непосредств ен но в грунт
Недостаточная изоляция проводов линий связи дистанционных датчиков температуры	Применение проводов с более надежной изоляцией; измерение величин сопротивлений «утечек» и учет их расчетным путем
Разогрев датчиков измерительным током	Уменьшение силы тока; сокраще ние времени включения прибора при снятии отсчета
Неравенство температур монтажных проводов гирлянды	Продольная свивка проводов; применение проводов большего сечения; увеличение номинала электрического термометра сопротивления или чувствительности датчика