автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Экспериментальные исследования эффективности уплотнения просадочных лессовых грунтов взрывами удлиненных горизонтальных и вертикальных зарядов ВВ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ' ; г, '..¡.1 На правах рукопиои

- о Я!!'.) - - Ш 624.131.23

МЫКТЫБАЕВ ТАЛГАТ ДУЙСЕ1Ш1ЕШЧ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛШЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭМЕКТИШОСТИ УПЛОТНЕНИЯ ПРОСАДОЧНЫХ ЛЕССОШ ГРУНТОВ ВЗРЫВАМИ УДЯИНШЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И ВЕРТИКАЛЬНЫХ ЗАРЯДОВ ВВ

Специальность 05.23.02 - Основания и фундаменты

АЛЗТОРЮЕРАТ

дисоертации на ооисканив ученой отепенн квншцшта технических наук

Москва - 1994

Работа выполнена в Московском Государственном строительном университете.

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор АШЁВ М.Ю. !

Научный консультант - кандидат технических наук,

доцент МУРАТАЛВД Н.К.

Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор ЗИАНГИРОВ P.C.

- кандидат технических наук, АРИЕЛЬ P.C.

Ведущая организация - Институт оснований и

подземных сооружений им. Н.М.Герсевановз

Защита состоится " " 1995 г. в Sf^ чао.

на заседании диссертационного оовета Д 053.11.05 при МГСУ по адресу: Москва, ул.Спартаковокая, д. 2, ауд. 212.

С диссертецаей можно ознакомиться в библиотеке МГСУ.

Просим Вао принять учаотиэ в защите а направить Ваш отзыв по адресу: 129337, Москва, Ярославское шоссе, 26, МГСУ, Ученый Совет.

Автореферат разослан "1994 г. № ^З^-Л

Учений секретарь диссертационного оовета, кандидат технических наук,

профессор Л.Л.Крыжановский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работа« Проблема строительства промышленных и гражданских зданий и сооружений на больших толщах проселочных леосовых грунтов, характеризующихся Д типом грунтовых условий по просадочнооти, является очень сложной.

В 1992-1994 гг. в странах СНГ произошли новые экономические процессы, в результате которых резко возросла стоимость на энергоносители и, соответственно, увеличилась отоимооть строительных материалов и огоимооть работ по устройству оснований. Поэтому ранее применяемые штсщы уплотнения грунтов оказались еще более дорогостоящими и трудоемкими. В связи о этим возникла проблема разработки новых методов уплотнения грунтов и использования долевых 'материалов* Одним из новых процессов, происходящих в обществе за последние несколько лет» является сокращение Вооруженных Сил ¡в «странах СНГ и уничтожение больного количества оружия и боепрЕЛосоз. Именно эти,! объясняется а данное время низкая отоимооть взрывчатых веществ (ВВ), которые «о-гут быть использованы для уплотнения просадочных грунтов.

Метод уплотнения лессовых грунтов П типа грунтовых условий по просадочнооти о использованном энергии взрыва позволяет уплотнить бсшьпщэ толщи грунтов в максимально сиатяэ сроки я.учи-тшшя низкую стоимость ВВ, является достаточно дешевым способом. Уплотненно лесоовых грунтов происходит яри взрывания ВВ в оква-шгаах, трошолх или на поверхности уплотняемого основания. Дяя производство взрыва не требуется наличие' дорогостоящих строительных малин, а вея подготовка взрыва состоят в размещении заряда ВВ в езгааетнн и траншеи. Для уплотнения грунтов взрывами используются недорогие и недшфацитшо ВВ, основной составляющей которых является пшаачкая селитра.

Для сокращения отошоотн ребот по устройству оснований предлагается уплотнить большие толщи просадочных грунтов в основании промышленных и гражданских сооружений взрывши удлиненных вертикальных п горизонтальных зарядов ВВ.

ЦздЪ-Л-зрла-Чи работу. Основной целью роботы является совершенствование методов уплотнения просадочных леооовых грунтов о использованием удлиненных вертикальных и горизонтальных зарядов ВВ. Для разработки усовершенствованной методики уплотнения про-

садочных лессовых грунтов взрывами удлиненных зарядов ВВ необходимо было решить следующие задачи:

1. На основе анализа применения различных способов уплотнения массивов проселочных лессовых грунтов установить возможность применения методов уплотнения при помощи энергии взрывов в зависимости от свойств лесоовых грунтов основания.

2. 2 натурных условиях провеоти исследования эффективности уплотнения просадочных грунтов основания при взрывах удлиненных горизонтальных и вертикальных зарядов ВВ при различной влажности лессовых грунтов основания.

3. Исследовать эффективность уплотнения просадочных лессовых грунтов взрывами удлиненных горизонтальных зарядов (УГЗ) и удлиненных горизонтальных пунктирных зарядов ВВ (УГПЗ), размещенных в трашеях, по различным схемам взрывания.

4. Экспериментально установить целесообразность и пределы применимости метода уплотнения толщи лессовых грунтов в основании промышленных и гравданских сооружений при взрыве горизонтальных зарядов ВВ (УГЗ и УГПЗ), размещенных в двух ярусах, по ' различным схемам взрывания.

5. Экспериментально установить целесообразность и пределы применимости уплотнения больших толщ просадочных лессовых грунтов оовмеотнши взрывами удлиненных вертикальных зарядов ВВ, разметенных в окважинах, и удлиненных горизонтальных зарядов ВВ (УГЗ и УГПЗ), расположенных в траншеях, в зависимости от физико-механических свойств лесоовых грунтов уплотняемых оснований промышленных и гражданских сооружений.

6. Разработать рекомендация по уплотнению больших массивов просадочных лессовых грунтов основания с использованием взрывов удлиненных горизонтальных зарядов ВВ и удлиненных вертикальных зарядов ВВ и установить пределы рационального применения данных методов уплотнения в зависимости от свойств просадочных лео-совых грунтов основания, глубины залегания просадочных грунтов, характеристик применяемых ВВ и конструкций возводимого сооружения.

Научная новизна работы определяется тем, что в результате проведенных натурных и аналитических исследований установлены закономерности уплотнения просадочных лессовых грунтов взрывами удлиненных горизонтальных и вертикальных зарядов ВВ на примере образцов, отобранных с экспериментальных площадок Казахстана, . Кыргызстана и Узбекистана, в зависимости от физико-механических

свойств лессовых грунтов, от характеристик и массы ВВ, методики взрывания ВВ под слоем грунта. Установлены минимально необходимые толщины слоев грунта над зарядами и периоды замедления взрывов применяемого ВВ.

Практическая пенность определявтся тем, что установлены закономерности уплотнения просадочных лессовых грунтов Казахстана, Кыргызстана и Узбекистана при взрывах удлиненных вертикальных и горизонтальных зарядов ВВ. Разработаны рекомендации по использованию методов уплотнения лессовых грунтов поверхностными и глубинными взрывами для широкого внедрения в практику строительства. Проведенный технико-экономический анализ показал высокую эффективность этого метода для уплотнения различных толщ лессовых грунтов.

Внедрение результатов. Разработанные методы уплотнения просадочных лессовых грунтов о использованием удлиненных горизонтальных зарядов и удлиненных вертикальных зарядов ВВ получили внедрение при устройстве оснований гормолзавода и жилых домов гё 5, 6, 8, 10 в микрорайоне "Отрар" в г.Шымкент (Казахстан) и ггалих домов в г.Тат-Кумыр.а также сооружений Ташкумыр-окого завода полупроводниковых материалов (Кыргызстан).

Апробапия работы. Основные положения диссертации были до-лояены на международном советско-французском семинаре по методам строительства на просадочных лессовых грунтах (Москва, 1991 г.), на роооийоко-израильском семинаре по уплотнению слабых грунтов (Москва, 1932 г.), на российском семинаре по методам строительства на слабых грунтах (Москва, 1993 г.).-

Публикапип. По теме диссертации опубликовано 4 печатных роботы.

На защиту росятся:

1. Результаты экспериментальных исследований эффективности уплотнения просадочных лессовых грунтов с различной пористостью и влажностью при взрыве непрерывных удлиненных горизонтальных зарядов ВВ с различными пригрузочными насыпями.

2. Результаты натурных исследований возможности уплотнения просадочных лессовых грунтов с различной пористостью и влажностью при взрыве удлиненных горизонтальных пунктирных зарядов ВВ при размещении их на различной глубино про садочной толсш.

3. Результаты нааурннх экспериментов по уплотнению просадочных лессовых груптов при взрыве горизонтальных зарядов ВВ

(УГЗ и УГПЗ), размешенных в два яруса, при различной последовательности взрывов.

4. Результаты натурных экспериментальных исследований уплотнения, просадочных лессовьос грунтов при совместных взрывах удлиненных вертикальных зарядов, размешенных в скваванах,и горизонтальных зарядов ВВ (УГЗ и УГПЗ), расположенных в траншеях или па поверхности котлована под слоем грунта.

5. Экспериментальные исследования влияния замачивания грунтов лессовой толщи мевду взрывами зарядов ЕВ.

6. Разработанные рекомендации по уплотнению бшетих массивов просадочных лессовых грунтов основания с использованием взрывов удлиненных вертикальных зарядов и удлиненных горизонтальных зарядов ВВ и установленные пределы применимости данных методов уплотнения.

Обът работа. Диссертация состоит пз введения, пяти глав, общих выводов по диссертации, списка использованной литературы из /Л наименований» в том числе иностранных работ и приложений. Общий объем работы«/// страниц, в том числе страниц машинописного текста» таблиц, риоунков. В приложении приведены акты внесения.

СОДЕРШМЕ РАБОТЫ

Во введений показывается актуальность разработки эффективных. методов уплотнения просадочных лессовых грунтов в основании промышленных и грагданоккх сооружений.

В последние годы из-за резкого роста стой,госта на энергоносители возросли стоимости строительных материалов и работ по ус: ройстк? оснований. Поэтогзу применение недорогих ВВ, которые остаются неиспользованными в результате сокращения Еоорукэннкх Си. в страна СНГ,, является решением проблемы использования дешевых материалов для уплотнения просадочных лессовых грунтов.

Е евяза о этим. предлагается провести уплотнение просадочны десе&апх грунтов взрывай® удлиненных горизонтальных зарядов^ ВВ СИ® к й®)' а удлиненных; вертикальных зарядов ВВ.

.Во- введении- сформулированы цели и задачи диссертационной р

ш- указаны основные положения,, которые выносятся на эашту.

^первой главе рассматривается существующие методы сзронте ства промкаленньк и гравданских сооружений на просадоч!шх лессс вых грунтах.

В СССР (СНГ), начиная с 1930 г., проведены большие исследования по созданию различннх методов строительства на просэ-дочных лессовых грунтах. '

В 1954 г. Ю.М.Абелев игорные предложил метод поверхностного уплотнения грунтов тяжелыми трамбовками. В дальнейшем В.И.Крутовым разработан метод вытрамбовывания котлованов для поверхностного уплотнения просадочтгх лессовых грунтоз. Эти методы получили широкое применение в практике строительства в СССР (СНГ).

Вопросам изучения изменения свойств просадочкнх лессовых грунтов при уплотнении их методом предварительного замачивания посвящены работа Ю.М.Абелева, М.Ю'.Абелоза, Р.С.Зиангирова, В.И.Крутова, А.А.Мусаэляка, Е.А.Сорочака и др. Проведенный анализ исследования показал, что данный метод являотся наиболоо дешевым при строительство на прооадочных грунтах.

При строительстве на просадочннх лессовых грунтах известно два метода устройства свайных фундаментов. Первый метод состоит в том, что свои полностью прорезают толку просадочннх грунтов и опираются нижними концами в прочные непросадочные грунты. Второй метод заключается в том, что сваи прорезают толщу просадочннх грунтов лишь частично, т.е. свая остается "ви-оетьи в массиве лессовых грунтов. Работы Ю.М.Абелева, М.Ю.Або-лева, А.А.Бартоломея, И.И.Бойко, Б.В.Бахолдина, А.А.Григорян, В.А.Ильичева, С.И.Клепикова, В.И.Крутова, Е.А.Сорочака, И.Г.Та-хирова ПОСВЯЕ91Ш изучению процесоов, происходящих в грунте и в свае при устройстве свайных фундаментов в просадочкьк,лессовых грунтах.

В 1934 г. Ю.М.Абелавьм бюю предложено вместо забивки железобетонных свай в большую толпу лессовых грунтов погружать металлическую трубу инвентарной сваи с оставляемым или самораскрывающимся наконечником ("башмаком"). После засыпки в трубу местного лесоового грунта она извлекается и в толше грунтов образуется свая, которая носит название "грунтовой".

В 1Э57 г. Ю.М.Абелевш и В.Г.Галлцким был разработан метод устройства грунтовых свэй о использованием станка ударно-канатного бурения "БС-IM" ("Уралец"), который подучил внедрение при строительства сооружений па Украине п в Средней Азии.

В работах Ю.М.Абелева, В.В.Аскаюнова, Ю.А.Грачева, Б.А.Ржз-ницына, В.Е.Соколовича, А.Н.Токина а др. приведены следушие способы хнмичеспого закрепления лвссовкх грунтов: однораствор-

нал и двухрастворная силикатизация, газовая силикатизация, смо-лизвция, ашонизация, цементация и др.

Метод термического глубинного упрочнения просадочных лессовых грунтов впервые был предложен К.А.Осташевым в 1936 г. В дальнейшем метод термической обработки грунтов получил усовершенствование в исследованиях И.Юитвинова, И.Д.Фалькова и др.

В Казахстане разработкой и внедрением методов строительства на просадочных лессовых грунтах занимаются Н.К.Мураталин, ОД.Югай, И.С.Бровко, М.И.Карабаев, В.А.Дубровский, Я.Б.Кунаа-баева и др.

В первой главе приводится аналиа проведенных работ, устанавливаются пределы применимости различных методов строительства на просадочных лессовых грунтах в зависимости от грунтовых условий и характеристик возводимых сооружений. На основе подробного анализа различных методов уплотнения лессовых грунтов сделан вывод, что применение энергии взрыва позволяет уплотнить большие толощ просадочных грунтов, в том числе в сейсмических • районах. .

Во второй главе приведен анализ исследований процессов уплотнения просадочных лессовых грунтов при взрывах вертикальных и горизонтальных зарядов ВВ.

Впервые в 1902 г. М.Л.Сухаревский использовал вертикально расположенные заряды ВВ для устройства котлованов под электрические и телеграфные столбы. Затем И.М.Симонов (1239 г.) применил вертикально расположенные заряды ВВ для получения дарения в основании набивной бетонной сваи. В 1935 г. Ю.М.Лбелев изготовил грунтовые сваи, использовав вертикальные заряды ВВ для устройства вертикальных скважин в просадочных лессовых грунтах. В 1951 г. И.М.Литвинов предложат проводить взрывы зарядов ЕВ в скважинах о предварительным замачиванием массива грунтов для уо-корешя, стабилизации просадок грунтов. Исследования А.Г.Вильфан-да, А.А.Ыусааляна, А.М.Рыкова, И.Г.Гахирова и других показали, что при взрывах вертикальных зарядов ВВ в скважинах скорость проникания воды из скважин в маловлажный лессовый грунт увеличивается.

Анализ проводенных натурных исследований влияния взрывов ВВ на водонасыщэнные грунты показал, что лессовые грунты уплотнялись на расстоянии 55...80 см от места взрывов. Во всей толще грунтов эффект был несущественен. Это объяснялось тем, что при

уплотнении водонасыщенных грунтов глубинными взрывами ВВ с малой массой зарядов энергия взрывов уходила на нарушение связей между чаотицами о последующим уплотнением лессовых грунтов под действием собственного веса. Аналогичные результаты били получены П.Дончевым в Болгарии (г.Русе) при уплотнении лессовых грУнтов в основании талых домов.

В.Г.Кравецем, С.Н.Грищенко и Л.И.Демещуком были проведены исследования уплотнения-лессовых грунтов естественной влажности о использованием зарядов ВВ, размещенных в скважинах, взрыв которых оказывал камуфлетное действие о уплотнением грунтов вокруг скважины. Замачивание котлована в данном случае проводилось пооле взрывов в течение 2б'...30 сут. Этот метод уплотнения просадочных лессовых грунтов был использован при строительстве родного из объектов троота "Каракумсовхозстроя'' в Гя-урокой долина Туркменистана. В результате взрывов на вою глубину проселочной толщи грунты бшш уплотнены до значений плотноо-ти сухого грунта более 1,6 т/м3. Проведен анализ этих исследований./

Авторами предложенной методики проведения взрывов был установлен' ряд преимуществ по сравнонию о методом уплотнения просадочных; грунтов' глубинами взрывами с предварительным замачиванием. Во-первых, нэ требуется времени на предварительное за-матаМние до полного водонасыщения уплотняем«* грунтов. Во-вторых, время отвболпзадаш просадок замачиваемых после взрыва грунтов значительно сокращается из-за частичного уплотнения грунтов взрывами. В-третьих, исключаются затраты на монтаз и эксплуатацию водоразводной соги для обеспечения подачи воды в скваюшы. Недостатком данной методики является возможное неодинаковое уплотнонио лессовых грунтов вокруг квмуфлетшх полостей и Внутри них, где уплотнение обвалившегося грунта происходит под действием собственного веса после замачивания.

, В 1966 г. Х.А.Аскаровым была предложена новая методика уплотнения просадочных грунтов, в соответствии о которой заряды ВВ размещались горизонтально на поверхности массива. Взрыв зарядов, лежащих на дне котлована, производился под слоем воды толщиной 2...4 м. В работах И.МЛитвинова приведены результаты экспериментальных исследований взрывов плоски накладных зарядов ВВ под водой. Дяя сравнения результатов были проведены опыты с использованием цилиндрических зарядов ВВ вместо плоских. Полученные результаты свидетельствовали о том, что использова-

ние плоского заряда ВВ оказалось эффективнее, так как в данном случае глубина уплотнения лессовых грунтов была на 15... 25% больше.

Широкое применение цилиндрических накладных зарядов обусловлено прежде всего большой трудоемкостью изготовления и сложностью укладки плоских зарядов ЕВ, а также возможностью получения большего уплотнения просадочных грунтов при увеличении толщины насыпаемого над цилиндрическими накладными зарядами слоя грунта. . •

Исследованиям уплотнения просадочных лессовых грунтов удлиненными горизонтальными зарядами ВВ посвящены работы А.А.Вовка, В.Г.Кравеца, А.Г.Смярновэ, Г.ИЛерного. В работах Л.Г.Губарева и его сотрудников приводятся, результаты экспериментов по уплотнению и упрочнению грунтов при строительстве ирригационных каналов с помощью удлиненных горизонтальных зарядов, взрываемых под водой. По данным А.А.Кириллова, Р.С.Ариеля, В.М.Рубина уплотнение просадочных грунтов оснований на гидро- -мелиоративных объектах в. Туркменистане, в краснодарском и Ставропольском краях производилось взрывами удлиненных горизонтальных взрывов ВВ» притружонннх слоем воды иди грунта.

Л^С^Золотаровш было предложено для повышения эффективности уплотнена® лессовых грунтов и более полного использования свойств ЕЕ при уплотнении грунтов- на площадках в г.Казадцжик производись- корогкозамедлешше взрывы с периодом замедления 0,05 и- 0,Д @w В;- I9B6 р. А.В»Цой предложил усовершенствованную ыетодщ®- ХЕлд.тййнат проевдочных грунтов с использованием УГЗ. Увеличент глубины, ушю-гкошш до 12 ы- удалось- добшься при взрывах- жлозешаве на, дне- котлована! недаередотвашо. на груягу. устройством- нада зарядаа® грунтовой шодушк®' шяшоШ 2 ....«,4« Mv

Даяоо! глэве.' пззшгадтэп» сваялз- изменения-- физичеоккх,. деформационных«,, прошостшсс- ® фильтрационных: свойств лессовых грун-тов->пойле> взрывов! зарядов! ВВ-.по-результатам исследований опуб-лш?овапнда материалов! и: по данным архивных материалов, когорыо были;представлены!А.,В:Цоем-,.Л .С;3олотаревш, М.Т.Туйчпевим, AvMiPasüBiÄü. В^М.'Шэевичш^ Г.ШЯернш пИ.Г.Тахировым.

Анализ- результатов-.различных лабораторных исследований образцов- лессовых^ грунтов1 после взрывов показал, что большинство физических-характеристик (плотность твердых частиц грунта, предела,-пластичности,, химический и минералогический составы и др.)

отобранных образцов не изменяются. Однако характеристики пористости, плотности сухого грунта, влажности, отшени влажности грунта, а также характеристики, в состав которых входят указанные вше авраттри, существенно изменяются в процессе воздействия взрывов зарядов ВВ на лессовио грунты.

Обзор изменения деформационных свойств образцов лессовых грунтов »отобранных из'массива после взрыва зарядов ВВ,ггскээал, что разные иоследователи определяли характеристики просадочноо-та по разным методикам» в различных приборах и при различных критериях отнооятолыюй просздоч!1ости. Поэт ОКО' обобщить их результаты вшоляонвдх экспериментов и установить общие закономерности деформируемости маловлажннх, влажных и водонасышонных образцов лессовых грунтов, отобранных из массивов поело проведения взрывов,зарядов ВЗ, но представляется возможным. Исследованиями изменения прочпоотннх свойств лессовых грунтов после взрывов установлено, что в настоящее врэмя не представляется возможным сделать вывод о возникновении в толпе влажных или во-допаензшгашх грунтов, обработанных энергией взрыва, определенной зоны уплотнения, где образцы грунтов характеризовались ба значениями угла внутреннего трения и сцепления большими, чем до проведения взрывных робот. Анализ проведешнос исследований фильтрационных свойств лессовых грунтов убодителыю свидетельствует о том,что после проведения взрывов зарядов ВВ в толке лоссовет грунтов возникают уплотненные зону, в которых значения коэффициента! фильтрации резко уменьшаются.

В третьей глпво' приводятся результаты натурных экспериментальных исследований эффективности уплотнения просадочных лессовых грунтов при взрывах непрерывных и пунктирных удлиненных горизонтальных зарядов ВВ, размещенных в траншеях.

Натурные ксслодовгшяя эффективности 'уплотнения просадочных лессовых грунтов взрывам« УГЗ а УГПЭ проводились на экспериментальном полигоне, расположенном около г.Заамин (Узбекистан). На данной площадке лессовыо грунты характеризовались П типом грунтовых условий по проездочнооти, т.к. просадка грунтов от собственного веса при замачивании составляла 15...24 см.

Методика проведения экспериментов бшш принята следующей. Был отрыт котлован с размерами в плане 14 х 56 и, на дне которого экскаватором о помопьп специально изготовленного ковва, шириной 32 см, отрывались 6 параллельных траншей длипой 5...В м на

" -12-

расстоянии 4,5...7,5 м друг от друга. Две траншеи были отрыты, на глубину 0,8...О,9 м, две траншеи - на глубину 1,4...1,5 м, а две траншеи отрывались на глубину 2,2...2,3 м. Удлиненные горизонтальные заряды ВВ с расходом 3 кг/пог.м были уложены На дно одной траншеи глубиной 0,8...О,9 м,в одну траншею глубиной 1,4...1,5 м и в одну траншею глубиной 2,2...2,3 м. Но дно остальных траншей были уложены УГЗ кассой 6 кг/пог.м.

Опыта проводились в следующей последовательности. Сначала проводились взрывы зарядов ВВ массой .3 кг/пог.м в траншее глубиной 0,8...0,9 м. Заряди ВВ укладывались на дно зраншеи и соединялись о электродетонаторш. Затем трашея засыпалась местным грунтом с уплотнени&м и производился взрыв.: После взрыва заряда ВВ проводилось динамическое зондирование и отрывка шурфа для отбора образцов уплотненного грунта.Через 1...3 сутки заряды укладывались в следующую.траншей и по аналогичной методике производились взрывы. После окончания взрывных работ были пробурены скважины, из которых отбирались образцы уплотненного взрывом лессового грунта. Для наблюдения за понижением поверхности котлована при замачивании на дне ого устанавливались поверхностные мерки. ..;•-■. ■■'■

Экспериментальные исследования эффективности уплотнения просадочннх лессовых грунтов взрывами УГЗ и УГПЗ в Кыргызстане проводились совместно с к.т.н. А.В.Цоем и о.н.с. А.В.Знемелским на опытных площадках в микрорайона "Тюлейкен-2" в г.Ош. Грунтовый массив в основания площадок состоял из просадочных лессовидных суглинков толщиной от 9 до 22 мм и отличался большой неоднородностью (встречались прослои песет, включения супесей и т.п.). Просадки лессовых'грунтов от собственного веса при полном водо-наоншешш изменялись в пределах 6,1...15,5 см, т.е. лессовые грунты относились ко П талу Грунтовых условий по просадочности.

Иэ экспериментальных площадках в г.Ои были опробованы различные методики взрывов УГЗ и УГПЗ. Взрывы зарядов ВВ массой от 3 до 10 кг/пог.м производились в траншеях глубиной 2...4 м. Расстояния мевду ираяшеями составляли 2,5...6 м, а ширина траншей принималась равной ширина ковш экскаватора. Взрывы зарядов ВВ проводились в маловлажных, влажных и водонасыщенных грунтах.

При проведении экспериментальных взрывов на опытных, площадках была исследована возможность использования пневмопробойяико-вой технологии гместо отрывка траншей для размещения зарядов ВВ.

Существо данной технологии состояло в том, что заряды'ВВ размещались в горизонтальных параллельно расположенных отверотиях, которые пробивались в массиве лессовых грунтов на заданной глубине. Дня пробивки отверстий использовались серийно выпускаемые пношопробойнпки типа ИП-4603 или ИП-4605 ("крот"), работающие от компрессора для отбойных молотков. На раостоянии 14 м отрывались два параллельные траншей ("ловительная" и "пуска-телышя")| глубина которых принималась на 0,5 м ниже отметки пробивки отверстий. Затем пневмопробойкик при помощи нивелира ориентировался в "пускатёльной" траншее по оои будущего отверо-тия и производилась пробивка отверстий. '.••'..

Преимущество этого метода по данным ваших исследований состояло в том, что можно было располагать заряды ВВ на большой глубине без отрывки траншей, что значительно сократило проведение земляных работ. Опытами было установлено, что пневмопробой-никовая технология не только уменьшает объем земляных работ, но и обеспечивает хорошее качество забойки зарядов ВВ. В результате этого значительно повышается коэффициент полезного действия взрывов.

Экспериментальными исследованиями было установлено, что при короткоземедленпнх взрывах УГЗ в траншеях о интервалом замедления 50 мо серией из двух групп зарядов (200 кг ВВ в одной группе) осадка поверхности лессовых грунтов составила 104 ом. Установленная величина осадки поверхности лессовых грунтов от взрывов УГЗ позволила оудить о величине среднего изменения плотности грунтов данных площадок после взрыва зарядов ВВ.

Следует отметить, что после проведения взрывных работ на всех-площадках были отрыты траншеи, откопаны шурфы и пробурены скважины, из которых отбиралиоь образцы уплотненных^ взрывами лессовых грунтов, для определения зон уплотнения и разрыхления.

Проведенный анализ результатов натурных исследований показал, что при взрывах УГЗ или УГПЗ выше отметки их заложения наблюдается разуплотнение просадочных лессошх грунтов природного сложения. Ниже отметки заложения зарядов ВВ на глубину до 3,5 м в зависимости от массы применяемых зарядов грунты уплотнялись взрывной волной и давлением газов, расширяющихся в полости взрыва. По данным исследований уплотнение лессовых грунтов в толще массива на глубине от 3 до 6м и более нижа отметки заложения зарядов ВВ происходило за счет многократно-повторных взрывных воздействий, ко торце достигались при замедлении взрывов до 250 мо.

- 14 -

Исследования влияния взрывов одинаковых зарядов ВВ на образование зон уплотнения для грунтов различной влажности показали, что наиболее аффективно проведение взрывов зарядов БВ в грунтах о природной влажностью 0,13...0,22. На основе'анализа ; результатов исследований было установлено, что увеличение толщины пригрузочной насыпи над зарядами ВВ приводит к увеличению глубины зоны уплотнения лессовых грунтов ниже отметки залойения зарядов. Исследования показали, что применение удлиненных пунктирных зарядов ВВ (УГПЗ) с расстоянием между зарядами 25...50 см при массе заряда 3...4 кг/пог,м эффект уплотнения оказывается практически одинаковым со взрывом удлиненных горизонтальных зарядов ВВ (УТЗ) массой 4...6 кг/пог.м. Таким образом, применение. УГПЗ позволяет на 15.. .25? уменьшить массу применяемых ВВ при уплотнении лесоовых грунтов в основании промышленных и гражданских сооружений.

В четвертой главе приводятся результаты натурных экспериментальных исследований уплотнения проселочных лессовых грунтов при взрывах горизонтальных зарядов ВВ, расположенных в два яруса и при совместных взрывах вертикальных и горизонтальных зарядов ЕВ. Экспериментальные площадки для проведения натурных исследований были расположены в г.Ош (Кыргызстан) и в г.Шымкент (Казахстан).

Грунты площадок строительства в г.Ош были представлены тод-ией лессовидных суглинков мощностью 13,..22 м. Нике залегали га-лечникоБыэ грунты значительной толишы. Строение просадочных толщ являлось сложным, т.к. в массиве лессовых оуглинков встречались включения супесей и прослои песка. Лесоовые грунты экспериментальных площадок обладали просадочт&ш свойствами П тша грунтовых условий по просадочности при замачивании. Расчетная величина суммарной просадки от собственного веса находилась в пределах 19,9...31,2 см.

В г.Шымкент экспериментальный полигон был олоаен макропористыми лессовыми супесями на глубину до 17,5 м, а ниже залегала не-просадочная толща суглинков и супесей. Величина просадки лессового грунта от собственного веса при замачивании составляла 7... 19 см (П тип грунтовых условий по просадочности).

На экспериментальной площадке в г.Ош проводились исследования эффективности уплотнения просадочных лессовых грунтов взрывами при двухярусном размещении зарядов ВВ (УТЗ и УГПЗ). На опытной площадке отрывались два котлована с размерами по дну 7 х 13,5 м,

ПЕубиш- которая соот&влшэ 4,6..,4,9 м, и два котлована о раз-шрашг в- плане 7 х Ия, которые шали глубину 4,8...5,1 м. 0 первом случае для взрывов использовались удлинешше горизонтальные' заряды. ВВ (УГЗ)', а> в» втором олучае - удлипенпые горизонтальные пунктирные эаряга ВВ (УГПЗ). Опыты проводились по следующей методике. Цепочки зарядов ВВ лишнего яруса маооой & кг/пог.м укладывались параллельно на дно котлована на расстоянии 3 м друг от друга - Над цепочками зарядов БВ нижнего яф^са возводилась гр-утшдаая1 насыпь из местных суглинков оптимально» влажности теяшпк® Зг2г..З,& м, которая послойно уплотнялась катками. Затекг нер поверхность наоыпи укладывались ана-.тогпжше- цепочки зарддоз? Ш верхнего яруса массой 4 кг/пог.м. Верхний яру©' зарядов» Ш тв-кжо засыпался слоем местного лессового: грунта толщиной 1г2-.Лг4 м о послойным уплотнением кат-каотт..

После- уетрой&тв® верхней грунтовой, насши производилось взрыванге- зарыдав* ВЭпо» двум- схаман. По первой схеме сначала взрнваггся! нижи® ярус зарядов ВВ, а затем верхний. По второй ошт перванаяаявно? взрывался верхний ярус зарядов ВВ, а затем производпшг.® взрыв' нижнего яруса зарядов ВВ. В качестве ВВ ггрнметшшсв- патроны из аммонита 6 ЖВ диаметрами 32 и 90 мм.

В& оингтайх-.площадках в г.Ош проводились также исследования' э^фекишноети* уплотнения просадочпых лессовых грунтов взрывши* $£3 в- траншеях, расположенных в двух ярусах. На площадке рнэлератг. в1 плане В х 24 и экксаватором отрывались траншей нижнего яруса глубиной 5,3...5,5 м, длиной 6,6 м и шириной 0,7 м. Шг дну- параллельных траншей, которые располагались на расстоянии' 5-м-друг от друга, укладывались УГЗ в полиэтиленовых рукавах (ЕВ типа граммонит) с погсшиш расходом 10 кг/пог.м. Засыпка траншей производилась местным грунтом оптимальной влажности с уплотнением'. После этого производилось одновременное взры-вапие всех зарядов ВВ. Затем поверхность котлована планировалась и на глубину 2,0...2,3 м отрывались апалогичше параллель.. ныв трапа он ворхного яруса, на дне которых укладывались заряды ВВ с расходом 6 кг/пог.м. Взрыв зарядов верхнего яруса производился короткоззмедленным способом с периодом замедления 50 мс.

После окончания взрывов на всех площадках отрывались шурфы и пробуривались скважины для отбора образцов уплотненного ■ взрывом лессового грунта.

• -16 - ...

Анализ результатов проведенных экспериментов показал, что во всех опытах пооле окончания взрывных работ слой лесоовых грунтов, расположенный выше отметки заложения зарядов ВВ верхнего яруса,' оказался разуплотненным до значений плотности сухого грунта менее 1,4 т/м3. Исследованиями было установлено, что более однородное уплотнение лессовых грунтов о большими значениями плотности,сухого грунта достигается при взрыве Сначала нижнего яруса зарядов ВВ, а затем - верхнего. Экспериментами также было установлено, что вместо отрывки глубоких котлованов для размещения УГЗ или УГПЗ более эффективно устраивать траншеи с использованием узких ковшей экскаваторов.

Проведенные исследования показали, что взрывами УГЗ в траншеях при их двухярусном размещении происходило уплотнопг.о лессового массива на глубину до 12 м от поверхности котлована, при значениях плотности сухого грунта 1,6 т/м3 и более. Ниже этой глубины до отметки, где залегали прочные нотросадочные грунты, уплотнение происходило неравномерно (значения плотности сухого грунта изменялись впроделах 1,48...1,68 т/м3). Однако следует отметить, что лессовые грунты этой площадки по данным полевых л лабораторных исследований при значениях плотности сухого грунта рав!Ш 1,51 т/ы3.и бол«)е">шлялвоь непроср-дочными от собственного веса при замачивании. Поэтому о учетом прогноза ожидаемых осадок от собственного веса при: замачивании бш сделан вывод, что просадочнооть лессовых грунтов на данной экспериментальной площадке на всю глубпну их расяростра копия" ликвидирована полностью. Проведенные, исследования "фильтрационных свойств лессовых грунтов, уплотнённых взрывами УГЗ в траншеях при. их двухярусном размещении, показали, что это уплотнение является надежным средством обеспеченая гас водонепроницаемости и водоустойчивооти. - X

На экспериментальных площадках в г.Ои проводилиоь исоледо-вания эффективности уплотнения прооадочных лесоовых грунтов при совместных взрывах удлиненных вертикальных и удлиненных горизонтальных зарядов ВВ. На опытной площадке после срезки слоя . грунтов толщиной 20 «м по сетке 4,0 х 4,5 м были пробурены . : скважины диаметром 130 мм на глубину 9,0...9,4 ы. В скважины опуокались удлиненные вертикальные заряды ВВ (УВЗ), рассредоточенные по высоте, о погонной масоой 4 кг/пог.м. Верх УВЗ находился на глубине 1,8...2,5 м от поверхности котлована. Пространство между зарядами заполнялось керамзитом или аглопоритом,

а над верхним зарядом устраивалась забойка из местного грунта оптимальной влажности.

Пооле взрывов образовавшиеся полости заполнялись местным лессовым грунтом с уплотнением и осуществлялось планирование поверхности котлована. Затем по осям рядов скважин отрывались параллельные скважины глубиной 1,8...2,0 м и шириной 0,5 м, в которые укладывались рукавные заряды ВВ (порошковый аммонит 6 ЖВ) о погонным расходом 4.. .6 кг/пог.м. В одном случае укладывались УГЗ, в другом случае в траншеи были уложены УГПЗ. Затем траншеи засылались местным суглинком о уплотнением я производились взрывы траншейных зарядов ВВ замедленным способом о периодом замедления 250 мо. После взрывов отрывались контрольные траншеи,,откапывались шурфы и пробуривались скважины, из которых отбирались образцы уплотненного лессового грунта для определения зон уплотнения и разрыхления в массиве.

Н& экспериментальном полигоне в г.Шамкент совместно о к.т.н. Н.К.Мураталиным и О.К.Югаем было проведено две оерии опытов. В первой серии отрывалоя котлован на глубину 1,6... 2,1 м, а во второй серии - на глубину 2,1...2,4 м. Затем в обеих сериях опытов на дне котловаш пробуривались скважины диаметром 256 мм на глубину 8 м по сетке 4x 4», В скважины опускались транспортные пластмассовые трубы, в которых размещались УВЗ, рассредоточенные по высоте, массой 4...5 кг/пог.м. Пространство между зарядами заполнялось мелким гравием, а'над верхним зарядом, размещавшимся на глубине 1,8...2,0 м, устраивалась забойка из местных грунтов оптимальной влажности. Пространство мевду трубами и стенками' скзатагщ таете заполнялось меотнш лессовым грунтом. Пооле одновременного взрывания всех зарядов ВВ образовавшиеся полости заполнялись местным грунтом о уплотнением и поверхность дна котлована планировалась. Затем на* дне котлована по осям скважин укладывались параллельные цепочки УГПЗ массой 4 кг/пог.м, над которыми возводилась грунтовая насыпь о уплотнением катками. Взрыв всех зарядов ВВ.производился одновременно. Следует отметить, что во второй серии опытов пооле взрывов УВЗ (т.е. перед взрывами УГПЗ) производилось замачивание лессового массива через образованные взрывом полости в течение 12...18 ч. для исследования влияния влажности просадочных лессовых грунтов на результаты уплотнения.

Анализ проведенных-исследований показал, что после проведения совместных взрывов вертикальных и горизонтальных зарядов

ВВ верхний слой лессовых грунтов, расположенный выше уровня заложения горизонтальных зарядов ВВ, оказывался разрыхленным. Ниже этого уровня взрывами достигалось уплотнение всего лессового массива, подвергавшегося воздействию взрывов.

Ва основе исследований было установлено, что при залегании просадочных лессовых грунтов на глубину более 12 и проведение уплотнения с использованием совместных взрывов УВЗ, размещенных в скважинах, и УТЗ или УГПЗ, расположенных в траншеях является наиболее целесообразным.

Экспериментально установлено, что при замачивании лессовых грунтов после взрывов УВЗ в сквакинах уплотнение грунтов взрывами УТЗ или УГПЗ было более равномерным по горизонтали и по вертикали. При влажности лессовых груБтов меньше 0,13 целесообразно провести доувлакнение грунтового массива после взрывов УВЗ в скважинах.

В пятой главе приводятся результаты технико-экономического обоснования применения метода уплотнения просадочных лессовых грунтов взрывами горизонтальных и вертикальных зарядов ВВ по сравнению с аналогом - пщровзрышым методом. Сопоставлялись различные варианты устройства оснований под типовую 40-квартир-ную блок-секцию крупнопанельного дома серии IOS. Рассматривались варианты устройства искусственного основания взрывами горизонтальные зарядов ВВ (УТЗ и УГПЗ) в траншеях, размещенных в двух ярусах, совместными взрывами вертикальных (УВЗ) и горизонтальных (УГЗ и УГПЗ) и методом гвдровзрыва.

В главе также приведены рекомендуемые схемы проведения уплотнения просадочных лесоовых грунтов I и П типов грунтовых условий по просадочности взрывами в основании промышленных и гражданских сооружений и контроль качества работ по уплотнению толщи просадочных лесоовых грунтов взрывами вертикальных и горизонтальных зарядов ВВ.

ОСНОШЫЕ ВЫВОДЫ

I. Вшолнегоше натурные и лабораторные исследования эффективности уплотнения" просадочных леосовых грунтов в основании промышленных и гражданских сооружений взрывами с использованием удлиненных горизонтальных зарядов ВВ (непрерывных в пунктирных) показали, что, применяя этот метод, можно полностью устранить просадочные свойства лессовых грунтов в основании сооружений,

- 19 -

при залегании просадочной толщи на глубину до 12 м.

2. Экспериментально установлено, что размер зоны уплотнения просздочши лессовых грунтов вокруг полости взрыва зависит от свойств применяемых ВВ, плавности и пористости грунтов, о такке от прочностных я деформационных свойств лессовых грунтов.

3. Установлено, что при взрыве удлиненных горизонтальных зарядов ВВ в грунтовом массиве вше отметки их размещения наблюдается разуплотнение просадочннх лессовых грунтов природного Словения. 3$фекттшость уплотнения нижерасположенных толщ лессовых грунтов существенно зависит от величины пригрузочно-го слоя кзсшшес грунтов. Экспериментально установлено, что минимальная толщина насшных грунтов при применении удлиненных горизонтальных зарядов ВВ о массой б кг/пог.м должна быть не кеиэе 1,4 м уплотненного грунта. При увеличении пригрузки нижняя зова уплотнения увеличивается незначительно (па 7...15$).

4. Экспериментально установлено, что при применении удлиненных горизонтальных пунктирных зарядов ЕВ с расстоянием между зарядами 25...50 см при массе заряда 3...4 кг/пог.м эффект

. уплотнения грунтов в толще лессового массива оказывается практически одинаковым со взрывом удлиненных: горизонтальных зарядов ВВ о массой 4...б кг/пог.м. Таким образом, применение удлиненных горизонтальных пунктирных зарядов ВВ позволяет на 15...255? уменьшить массу применяемых зарядов ВВ.

5. На основе проведенных экспериментов установлено, что после взрыва удлиненных горизонтальных зарядов ЕВ( непрерывных я пунктирных) вше отметки разметания зарядов возникает зона грунтов с повышенной пористостью и с характеристиками прочности я деформируемости болео газкшя, чем для яросэдочных лессовых грунтов до взрыва. Поэтому после проведения взрывов необходимо уплотнить Еышерасполоадиннй слой лессовых грунтов*либо механическим путем (тяжелые трамбовки, хатки и т.п.), либо взрывом более высоко расположенного яруса удлиненных горизонтальных зарядов ВВ.

6. Исследование закачивания просадочных лессовых грунтов неяду производством взрывов вертикальных и горизонтальных зарядов ВВ показало,.что в этом случао поело проведения всех взрывов уплотнение всего лессового массива происходило равномерно по горизонтали и по вертикали.

7. Экспериментально установлено, что вместо отрывки глубо-

ких котлованов для размещения удлиненных горизонтальных зарядов ВВ более эффективно устраивать траншеи с использованием узких ковшей экскаваторов и специальных щелерезов. При устройстве траншей зарядн можно закладывать в несколько ярусов в зависимости от прооадочннх свойств лессовых грунтов, толщины залегания и свойств лессовых грунтов в основании проектируемых сооружений.

8. При залегании просадочных лессовых грунтов в основании проектируемых сооружений на глубину более 12 ы целесообразно провести уплотнение с использованием удлиненных вертикальных зарядов ВВ (непрерывных и рассредоточенных по высоте), размещенных в предварительно пробуренных скважинах, для уплотнения . нижних слоев просадочных лессовых грунтов, и удлиненных горизонтальных зарядов ВВ (непрерывных и пунктирных), размещенных

в траншеях, для уплотнения верхней просадочной толщи лессовых грунтов.

9. Разработаны рекомендации по особенностям проведения инженерно-геологических исследований площадок для проведения работ по уплотнению просадочных лессовых грунтов взрывами горизонтальных и вертикальных зарядов ВВ. Даш рекомендации по особенностям уплотнения лессовых грунтов различной толщины взрывами горизонтальных и вертикальных зарядов ВВ для грунтов I и П типов грунтовых условий по просадочности. Приведены рекомешшцяи по проведению контроля качества работ по уплотнению просадочных лессовых грунтов взрывами зарядов ВВ.

10. Предложенные методы уплотнения леосовых грунтов о использованием энергии взрывов при размещении удлиненных горизонтальных зарядов ВВ (непрерывных и пунктирных) в траншеях в один и два яруса, а также,применяя взрывы удлиненных вертикальных зарядов ВВ (непрерывных и рассредоточенных по высоте), позволили уплотнить большие толщи просадочных леосовых грунтов в сейсмических районах в основании жилого поселка г.Таш-Кумнр (Кыргызстан) и в основании жплых домов и гормолзавода в г.Шымкенг (Казахстан) , вместо применения ранее запроектированных железобетонных свайных фундаментов. Это позволило значительно снизить стоимость работ по устройству оснований и фундаментов, и сократить сроки строительства.

Основные положения диссертация опубликованы в следующих ра-ботахг

- 21 -

1. Мыктыбаев Т.Д. Исследование эффективности методов уплотнения просадочннх лессовых грунтов // Рынок и проблемы развития науки и техники Казахстана: Таз.докл.1-й научно-практической и научно-методичеокой конф.молодых ученых Казахстана.

- М,, 1992. - С. 47.

2. Мыктыбаев Т.Д. Контроль качества устройства искусственных оонований сооружений на проселочных грунтах в оейсмических районах // Человек - обиеотво - наука: Тез.докл. 2-й научно-практической и научно-методичеокой конф. молодых ученых. 4-ая чаоть. Техника и производство. - М., 1993. - С. 82-84.

3. Мыктыбаев Т.Д. Исследования уплотнения леосових грунтов оонований сооружений взрывом накладных поверхностных зарядов. Рукопись депонирована во ЕНИИНТПИ, Ä II437. Библиограф, указатель депонир.рукописей, ЕНИИНТПИ, 1994, Вып. I.

4. Абелев М.Ю., Цой A.B., Мыктыбаев Т.Д. Экспериментальные исследования уплотнения лессовых грунтов взрывами в сейсмических районах // Основания, фундаменты и механика грунтов.

- 1994. - й 6.

Подписано в печать 13.12.94 г. Формат 60x041/16 Печать офсетная И-232 Объем I п.л. T.IOO Заказ Бесплатно __

Московский государственный строительный университет. Типография МГСУ, 129337, Москва, Ярославское га.,26.