Уплотнение связных грунтов под действием взрывной нагрузки

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Карагандинский экономический университет Казпотребсоюза

Уплотнение связных грунтов под действием взрывной нагрузки

К.С. КАКЕНОВ, к.т.н., профессор,

Г.А. ЕСЕНБАЕВА, д.п.н., профессор

Взрывные работы широко применяются в строительстве. Одним из сравнительно новых и развивающихся направлений использования взрывов в строительстве является применение их для уплотнения грунтов.

Еще в 1964 г. И.М. Литвиновым был применен способ глубинных взрывов для уплотнения водонасыщенных лессовых просадочных грунтов [1]. В 1967 г. под его руководством было произведено уплотнение просадочных лессовых грунтов основания пятиэтажного дома в г. Запорожье. Глубинные взрывы были применены для уплотнения 20-метровой просадочной толщи, состоящей из слоев лесса и лессовидного суглинка с естественной влажностью 9-19 %, пористостью 40-43 % и относительной просадочностью 0,01-0,1 при нагрузке 0,3 МПа.

Уплотняемый участок размерами в плане 17х132 м был разделен на три захватки примерно одинаковой длины. В связи с тем, что участок расположен в застроенном районе, для предотвращения распространения просадки при замачивании и уплотнении взрывами в сторону, его оградили прорезанными в грунте контурными траншеями глубиной 6 и шириной 0,4 м.

Для замачивания основания по сетке 3х3 м устраивались дренажные скважины глубиной 12 м и диаметром 0,4 м, заполнявшиеся шлаковым щебнем. Расход воды при замачивании составлял 4-7 м3 на 1 м3уплотняемой площади, а продолжительность замачивания достигала 6 суток. Осадок поверхности грунта за весь период замачивания не наблюдалось.

Средняя осадка поверхности к моменту окончания работ достигла 127 см. Осадка поверхности была достаточно равномерной и практически не распространялась за пределы контуров траншеи и экранов. Осадка глубинных реперов свидетельствует, что наибольшие деформации грунта происходили в пределах слоя на глубине от 10 до 20 м.

В работе [2] приведены результаты уплотнения лессовых грунтов на строительстве Грозненского газоперерабатывающего завода. Просадочная толща грунтов составляла 8-14 м. Общий объем уплотненного грунта превысил 1 млн. м3. После бурения скважин диаметром 400 мм и глубиной 2/3 просадочной толщи в них установили трубы для зарядов диаметром 100 мм, затем поглощающие скважины засыпали песком. Заливка скважин водой выполнялась в течение трех суток из расчета 0,3-0,4 м3 на 1 м3 уплотняемого грунта. После взрывов поверхность грунта в течение нескольких часов дала осадку на 1 м (при уплотненной толще 10-12 м), а затем в течение месяца осадка в основном стабилизировалась, достигнув 140 см, или 10-14 % мощности слоя уплотняемого грунта. При отсутствии песчано-гравийной подушки сразу же после взрывов отжимаемая из пор вода выходила на поверхность и в течение двух-трех дней профильтровала основание. Осадка возведенных на уплотненных грунтах сооружений завода в течение годичного срока после сдачи их в эксплуатацию не превысила 1,5 см.

В работе [3] производилось уплотнение грунтов глубинными взрывами площадки под 16-этажное здание в г. Русе (Болгария). Грунты оснований представлены мощной толщей (25 м) лессовых грунтов. Глубина просадочных лессов достигает 13 м. Просадка при опытном замачивании достигала 15 см. Замачивание производилось в течение пяти-семи дней. Заряды располагали в плане через 4-8 м один от другого. Глубина заложения зарядов составляла 0,6-0,7 от толщи просадочных лессов. Осадка поверхности достигла 140 см. Основная часть смещений поверхности происходила в течение 10-15 дней, причем в первый день - более 70 %. В результате плотность скелета грунта возросла до 1,7 г/см3, а пористость уменьшилась до 39 %.

В работе [4] изучался газодетонационный способ уплотнения просадочных грунтов. Эффективность использования метода газовой детонации подтверждена исследованием по уплотнению просадочных лессовых грунтов в условиях Таджикистана. Установка состоит из камеры сгорания и камеры поджига. Камера сгорания заполняется горючей смесью и на свечу поступает высоковольтный импульс из блока высокого напряжения. Горючая смесь воспламеняется, и горение, распространяясь по боевой линии, переходит в детонацию. В камере сгорания происходит взрыв.

Камера сгорания выполнена в виде полого стального цилиндра, верхняя часть которого имеет штуцер для подвода газовой смеси. Нижняя часть камеры сгорания открыта и имеет демпфер, предназначенный для стабилизации камеры сгорания в грунте. Уплотнение достигается введением в грунт смеси кислород-пропан и ее детонацией.

Исследования с помощью метода газовой детонации проводились на участке, который сложен четвертичными отложениями смешанного генезиса. До глубины 28-37 м залегает однородная толща лессовых грунтов, удельный вес которых довольно постоянен и меняется в пределах 26,7-26,9 кН/м3. Плотность скелета грунта колеблется от 1,24 до 1,34 г/см3.

В центре круглых котлованов бурили скважину и производили увлажнение грунта до щ = 22 % в радиусе 2,2 м от центра скважины. Влажность грунта перед началом уплотнения определяли радиометрическим влагомером. Камеру сгорания на стальном тросе опускали на глубину 1 м и проводили серию взрывов.

Образцы грунта отбирались пробоотборником по вертикали до 2,5 м через каждые 20 см и по радиусу до 2,2 м. Определение уплотненной толщи грунта позволило получить зависимости от объемов камеры сгорания и числа взрывов. Плотность скелета грунта возросла до 1,4-1,6 г/см3 в зоне диаметром до 3,2 м, глубиной до 2 м при максимальном избыточном давлении в камере сгорания 2,0-2,4 МПа.

Для определения зависимости спектра динамического воздействия от соотношения пропана и кислорода в смеси были проведены опыты для различных случаев в интервале 1:7-1:2 (пропан: кислород). Пик давления достигал максимума при соотношении пропан: кислород 1:3-1:5.

В результате проведенных исследований авторы пришли к выводу, что метод газовой детонации, по сравнению с другими методами уплотнения грунта, более эффективен и безопасен.

Анализ литературных данных свидетельствует о том, что вопросы форсированного улучшения строительных свойств просадочных грунтов решаются в настоящее время с привлечением двух способов: глубинного уплотнения подземными взрывами сосредоточенных зарядов и уплотнения подводными взрывами подвешенных в толще воды зарядов.

Наиболее характерными типами водонасыщенных грунтов, вовлекаемых в сферу практической деятельности при взрывных технологиях земляных работ, являются минеральные высокопористые (лессы, пески и супеси) и органоминеральные (торфы, сапропели) грунты. Исследования параметров взрывных волн напряжений до настоящего времени проведены главным образом в водонасыщенных минеральных грунтах (пески, супеси)) [5]. Изучались закономерности формирования полей деформаций и напряжений в органоминеральных водонасыщенных грунтах. Эксперименты проводились на залежах торфа и сапропеля в условиях естественного залегания.

Основными факторами, влияющими на формирование полей напряжений и деформаций под действием взрывной нагрузки, является плотность, объемная и свободная пористость, степень водонасыщенности и процент содержания газообразной фазы в водонасыщенном грунте.

При распространении в среде возмущений от взрывных нагрузок в виде волн напряжений образуются области, в которых среда находится в напряженно-деформированном состоянии, а частицы ее - в движении. При этом вначале идет процесс нагрузки, а затем процесс разгрузки, которые в свою очередь, характеризуются соответствующими параметрами напряжений и деформаций.

Большое влияние на процесс расширения полости оказывают свойства как водонасыщенного массива, так и взрывчатого вещества. Инерция среды, свойства продуктов взрыва и физико-механические характеристики среды приводят к качественно различным процессам деформирования среды. Существенное влияние на прочностные показатели оказывает скорость деформирования. Медленное или быстрое деформирование изменяет соотношение процессов разрушения и восстановления естественной структуры грунта, а также освобождения или отжатия грунтовых вод.

На формирование полей напряжений и деформаций в органоминеральных водонасыщенных массивах оказывают влияние физико-механические свойства грунтов, слагающих их.

Нами проведены лабораторные и полевые испытания по уплотнению связных грунтов при действии газовзрывной нагрузки [6]. На основании проведенных исследований разработан новый метод, позволяющий с достаточной точностью определять плотность скелета грунта в широком диапазоне уплотняющих воздействий. Определены зоны деформаций, которые развиваются в массиве грунта вокруг эпицентра взрыва. Данный метод является более экономичным и безопасным по сравнению с другими традиционными методами уплотнения связных грунтов.

Список литературы

газовый детонация грунт просадочный

1. Литвинов И.М. Укрепление и уплотнение просадочных грунтов в жилищном и промышленном строительстве. Киев: Будивельник, 1977. 224 с.

2. Литвинов И.М., Кундрюцкий Ю.И. Уплотнение просадочных грунтов замачиванием и глубинными взрывами// Основания и фундаменты. Вып. 10. Киев: Будивельник, 1976. С. 56-59.

3. Donchef P. Compaction of Loess by Saturation and Explosion// Intern. Conf. onCompaction. V. 1. Paris, 1980. P.313-317.

4. Мусаэлян А.А., Вильфенд А.Г. Применение энергии взрывов для уплотнения просадочных грунтов в Таджикистане // Материалы VIII Всесоюзного совещания «Закрепление и уплотнение грунтов в строительстве». Киев, 1974. С. 322-324.

5. Исследования физико-механических вопросов ведения взрывных работ в водонасыщенных грунтах. Киев:Наукова думка, 1974. 140 с.

6. Патент РК № 2000/0921.1. Способ возведения трубчатой буронабивной анкерной сваи / Какенов К.С., Плотников В.М., Беляев В.В. Астана, 2011.

Размещено на Allbest.ru