Способ уплотнения слабосвязных грунтов взрывами

 

Для осуществления способа уплотнения слабосвязных грунтов взрывами по карте уплотнения грунта размещают заряды взрывчатых веществ заданной массы с выбранным шагом и количеством серий. Затем проводят серию взрывов взрывчатых веществ в определенной последовательности. После окончания консолидации грунта каждой серии взрывов измеряют осадок грунта. Проведение взрывов в каждой серии осуществляют путем взрывания отдельных зарядов или групп зарядов с интервалом времени Δt, который определяется по формуле. 3 ил.

Изобретение относится к области строительства, в частности к уплотнению грунтов взрывами.

Известен опыт уплотнения грунтов взрывами зарядов взрывчатых веществ, расположенных на некотором расстоянии друг от друга на карте уплотнения.

Недостаток этого метода неравномерное уплотнение грунта по толщине слоя и площади уплотнения.

Наиболее близким техническим решением является метод уплотнения грунтов взрывами, расположенных в плане по квадратной сетке на расстоянии друг от друга, равном 2R_эф, где R_эф радиус эффективного действия взрыва, иначе расстояние, на котором достигается достаточно равномерное уплотнение грунта заданной толщины. Заряды последующей серии взрывания на этой же площадке уплотнения размещаются аналогично вышесказанному, но в промежутках между зарядами предыдущей серии.

Известный метод заключается в одновременном взрывании всех зарядов в каждой серии, образующих в плане замкнутый контур. Взрывание зарядов последующей серии производится только после полной стабилизации осадок от взрыва грунта предыдущей серии, т. е. после завершения процесса консолидации слабосвязного грунта. Рекомендуемая последовательность взрывания способствует наиболее эффективному разрушению структуры грунта и его последующего уплотнения за счет повышения интенсивности динамического воздействия при наложении ударных волн. Заданная плотность в плане и по глубине достигается в основном количеством серий взрывов зарядов. Увеличение количества серий взрывов способствует увеличению осадки поверхности и плотности грунта.

Недостатки этого метода невозможность увеличения плотности грунта без увеличения количества серий взрывов и неэффективное использование явлений образования в грунтовом массиве гравитационных волн при взрывании зарядов.

Цель изобретения повышение степени уплотнения грунта и снижение его стоимости.

Поставленная цель достигается за счет последовательного взрывания зарядов в каждой серии с интервалом времени Δ t.

На фиг. 1 показан план размещения зарядов с величинами осадок: в числителе порядковый номер репера, в знаменателе осадка, то же, (условное обозначение различных серий взрывов с 1 по 4: , □ Δ, х); на фиг.2 график статического зондирования известного способа; на фиг.3 то же, предлагаемого способа (1 до взрыва, 2 после взрыва).

В отличие от известного способа, где взрываются сначала все заряды 1-й серии с условным обозначением , затем 2-й серии □ и т.д. 3-ей и 4-й, предлагаемый способ осуществляется следующим образом. В каждой серии взрываются последовательно все заряды 1-й серии, например , с интервалом времени Δ t между взрывами каждого заряда. Затем аналогично все заряды 2-й серии с тем же интервалом времени и т.д. 3-ей и 4-й серии.

Замер осадок производится одинаково как в известном, так и в предлагаемом способе после каждой серии взрывов, а определение величины плотности после взрыва заданного количества серий взрывов (обычно 3-ей или 4-й серии).

Возможна модификация предлагаемого способа путем последовательного взрывания с интервалом времени Δ t групп зарядов в каждой серии, например рядов и т. п. в частности на фиг.3 это может быть взрыв в каждой серии в начале квадратов (□) нечетных рядов, а затем четных, либо наоборот, с интервалом времени Δ t далее взрыв кругов четных рядов и с интервалом Δ t нечетных рядов и т.д. крестов треугольников (Δ). При этом замер осадка производится после взрыва каждой очереди, т.е. взрыва всех квадратов (□), далее кругов и т.д. Время замера осадок должно гарантировать интервал времени их основного полного завершения.

Для проверки эффективности заявляемого способа были выбраны два рядом расположенных участка, на которых мощность слоя технологической подводкой отсыпки мелкозернистых и среднезернистых песков составляла 7-7,5 м. В момент проведения взрывных работ сделана отсыпка площадки до отметки от +1,0 до +1,7 м (при средних отметках +1,2 и +1,4 соответственно на первом и втором участках). Горизонт грунтовых вод располагался на отметке около 0,0 от дневной поверхности.

По результатам статического зондирования все отсыпанные под воду пески имели рыхлое сложение (сопротивление внедрению зонда в основном около 2 МПа).

Исходя из мощности уплотняемого слоя и условия обеспечения камуфлетности взрыва масса заряда ВВ равнялась 6 м при глубине заложения 4,5-5,5 м. Расстояние между зарядами в каждой серии задавалось равным 10 м, а количество серий взрывов четырем.

На каждом участке было погружено по 64 заряда взрывчатых веществ. Погружение зарядов ВВ осуществлялось в полость обсадной трубы, погруженной вибратором. Труба снабжалась в нижней части пластиной, закрывающей ее конец. После погружения заряда пластина выдергивалась вместе с обсадной трубой из грунта.

На первом участке производилось одновременное взрывание всех зарядов, а на втором последовательное. Контроль плотности производился по осадке поверхности грунта после каждой серии взрывов и статическим зондированием. Таким образом, на первом участке производилось одновременное взрывание в каждой серии по 16 зарядов, собранных в единую схему с помощью детонирующего шнура (ДШ). После одновременного взрывания наблюдался интенсивный выход воды в виде фонтанирующих гейзеров. При этом взрывание зарядов последующей серии производилось после гарантированного окончания выхода воды (примерно через 30 мин).

На втором участке каждый заряд взрывался отдельно последовательным "обходом" взрывником всех точек очереди. Временной разрыв между взрывами отдельных зарядов составлял 3-5 мин (время подхода к месту погружения заряда, подсоединение взрывной сети к детонатору, отход взрывника на безопасное расстояние и собственно взрыв). В этом случае не требуется ДШ на сборку взрывной сети. После каждого взрыва зарядов на этом участке происходило интенсивное отжатие воды, которое усиливалось при взрыве каждого последующего заряда, причем после взрыва некоторого количества зарядов поверхностный слой грунта переходил в неустойчивое состояние, при котором после каждого взрыва распространяются волнообразные смещения грунта.

По результатам геодезических наблюдений средняя осадка после взрыва всех зарядов на участке последовательного взрывания составила 23 см против 21 см (осадка после 1-й очереди взрывов 5,6 см, 2-й 6 см, 3-ей 4,9 см, 4-й 4,2 см) на участке одновременного взрывания. Максимальные осадки на первом участке достигали 34-36 см, а на втором 38-42 см.

Результаты статического зондирования показали, что в результате четырех серий на участке одновременного взрывания зарядов (фиг.2) обеспечено уплотнение рыхлого подводного слоя песков до состояния средней плотности. Сопротивление внедрению зонда 4-9 МПа, относительная плотность J_Д 0,4-0,6. При последовательном взрывании зарядов (фиг.3) рыхлые пески везде перешли в состояние среднего и плотного сложения. Величина сопротивления внедрению зонда увеличивается с 2 до 12-16 МПа, а степень плотности J_Д превышает 0,5-0,8.

Предлагаемый способ уплотнения грунтов взрывами был испытан и в несколько измененном виде. Так одновременное взрывание зарядов на одной из площадок не позволяло достигнуть существенного уплотнения ни после обычно назначаемых четырех очередей взрывов, ни после дополнительных двух и далее четырех очередей. Сопротивление внедрению зонда не превышало 4-6 МПа.

Согласно модифицированному способу в каждой очереди взрывались группы зарядов с разрывом во времени 5-10 мин (сначала четные, а затем нечетные ряды зарядов и наоборот). Замеры осадок и результаты статического зондирования подтвердили эффективность модифицированного способа, позволившего на данной площадке достигнуть заданной степени плотности после 1-2 серий взрывов.

Время уплотнения t_уп слоя грунта находится по формуле: t_уп= · · (1) где γ- удельный вес уплотняемого грунта; γ_взв удельный вес взвешенного в воде грунта; h мощность уплотняемого слоя; К_ф коэффициент фильтрации уплотняемого грунта; n₁ исходная пористость грунта; n₂ пористость грунта после этапа уплотнения.

Осадка поверхности слоя грунта: S ·h (2) Принимая ≈ и γ_взв≈ γ из (1) и (2) имеем
t_уп=S/K_ф. (3)
По данным изысканий коэффициент фильтрации К_ф на опытных площадках составлял для мелких песков 2 м/сут (0,0023 см/с), средних 10 м/сут (0,012 см/с).

Используя вышеуказанные данные величин осадки грунта на захватке по сериям по формуле (3) находим для мелких песков:
t_уп2= 2609 c 43,5 мин
t_уп4= 1826 c 30,4 мин
t_ср1= 37 мин для средних песков:
t_уп2= 500 c 8,3 мин
t_уп4= 350 c 5,8 мин
t_ср2= 7,1 мин или среднее значение для мелких и средних песков составит:
t_уп= 22,1 мин Таким образом находим, что:
Δt₁= 0,14
Δt₂= 0,23
Δt₃= 0,45
Найдем возможные диапазоны изменения Δ t в зависимости от осадки слоя S и времени уплотнения t_уп. Коэффициент фильтрации песков изменяется от 10^-1 до 10^-3 см/с. Возможные диапазоны изменения осадок при уплотнении слабосвязных грунтов взрывами от 20 до 4 см. Тогда имеем граничные интервалы изменения времени уплотнения слоя:
t_уп= 200 c 3,3 мин
t_уп= 20000 c 333,3 мин
t_уп= 40 c 0,7 мин
t_уп= 4000 c 66,7 мин
Из проведенных расчетов найдем минимально возможный интервал времени
Δt_min= ≃ 0,01 t_уп
Учитывая, что по результатам проведенных опытов максимальный интервал времени
Δ t_max ≈ 0,5 t_уп решая обратную задачу, находим:
K_ф= 0,056 см/с принимаем К_ф=0,05 см/с.

Таким образом, возможный интервал изменения
Δ t=(0,01.0,5)t_уп
Коэффициент фильтрации грунта должен находиться в пределах
К_ф=(5 ˙ 10^-2.1 ˙ 10^-3) см/с
Конкретный интервал времени Δ t должен назначаться по результатам опытных работ, которые всегда предшествуют этапу производственного уплотнения.

Использование изобретения является более эффективным по сравнению с традиционно рекомендуемым одновременным взрыванием как по достижению более высокой степени уплотнения, так и в связи с экономией взрывчатых веществ и дорогостоящего детонирующего шнура.

Формула изобретения

Способ уплотнения слабосвязных грунтов взрывами, включающий размещение на карте уплотнения грунта зарядов взрывчатых веществ заданной массы с выбранным шагом и количеством серий, последовательное проведение серий взрывов взрывчатых веществ в определенной последовательности, причем после окончания консолидации грунта каждой серии взрывов измеряют осадок грунта, отличающийся тем, что проведение взрывов в каждой серии осуществляют путем взрывания отдельных зарядов или групп зарядов с интервалом времени Δt = (0,01-0,5)t_уп, где t_уп S/К_ф время уплотнения слой грунта, с; S осадка поверхности слоя грунта, см, K_ф 5 · 10^-2 1 · 10^-3 коэффициент фильтрации уплотняемого грунта, см/с.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3