автореферат диссертации по строительству, 05.23.02, диссертация на тему:Уполтнение и дренирование слабых водонасыщенных грунтов взрывами вертикальных удлинных зарядов

СЛНКГ-ПЕТЕРБУРГС1СЙЯ Г0СУДАГСТВЕ1ШЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукопчси

ЙШОЛЕК Шиард

ШОТНЕН.ИЕ И ДРЕНИРОВАНИЕ СЛАШХ ШДОНАСаЩШШ ГРУНТОВ ВЗШВАШ ВЕРТИКАЛЬНО УДШВДШ ЗАРЯДОВ'

Сггсцизльносгь 05.23.02,- Основания к Лундаменга

Автореферат на соисканиз ученой степени кандадага технических наук

Санкт-Петербург - 1992

Работа выполнена в.Санкт-Петзрбургском государственном техническом университете на кафедре "Подземные сооружения, основания к фундамента". ' •

Научный руководитель - Заслуженный деятель науки и техники РС4СР, ' доктор технических наук, профессор

'I П.Л.Иванов!

.Научный консультант - доктор технических наук, профессор А.К.Бугров

Официальные оппонента.- доктор технических наук, профессор О.А.Савинов, кандидат технических наук, доцент Г.Я.Булатов Всесоюзный научно-исследовательский

Ведущая организация - ИНСТИТуг гидромеханизации,санитарно-техни,-чесюис и специальных строительных работ.

Защита состоится "17 " марта 1992 года в 16 часор в ауд. 4г11 гидрокорпуса, на заседании специализированного совета , Д 063.38.19 Санк-Петербургского государетаенного технического университета по адресу: 195251, Санкт-Петербург, Политехническая ул.,29.

С диссертацией можно ознакомиться з фундаментальной библиотеке университета. .

Отзыв на автореферат в двух окземплярах, заверенный печатью организации, прссшл направлять по вышеуказанному адресу на имя ученого секретаря специализированного созета Д 063.38.19.

Автореферат разослан "_"___ 1992 года.

Учейй секретарь споцяалиг.ирозанного совета кандидат технических наук,

доцент

В.Ф.Каркеаич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОШ

Актуальность работа. Проектирование и строительство сооружений на сильносжимаемнх и малопроницаешх глинистых грунтах, залегэицих на значительной части территории ряда важных б экономическом отношений районов России и других стран мира, требуют учета особенностей свойств этих грунтов при расчетах консолидации оснований, прогнозе осадок сооружений и их устойчивости. Так как стабилизация напряженного состояния таких оснований является длительным процессом, влия-пцим на сроки и стоимость строительства, актуальной остается проблема поиска новых и совершенствования известных методов и средств ускорения процессов консолидации водонасгаценных грунтов.

Одним из основных мероприятий по ускорении стабилизации напряженного состояния глинисты* грунтов является устройство вертикальных дрен и песчаных свай, объединяемых на поверхности основания песчаной подушкой. ' ,

В настоящее время дал эффективного увеличения несущей способности оснований из водонасыщенных несвязных и малосвяешх грунтов широкое применение получил метод уплотнения их взрлзаш сосредоточенных зарядов. Дальнейшее совершенствование способа уплотнения грунтов взрывами, разработка методики применения этого способа для уплотнения водонасыщенных глинистых грунтов является актуальной гро-блемой, имеющей большое народнохозяйственное значение.

Особенностью уплотнения грунтов удлиненными зарядами является ' более равномерное, чем в случае сосредоточенных зарядов, динамическое действие взрыва на всю толщу уплотняемого грунта, в также возможность эффективного создания этим методом в глинистых водонасыценных грунтах вертикальных песчаных евзй-дрен большого сечения и длины.

Устройство свай-дрен взрывами удлиненных зарядов имеет существенные преимущества перед традиционным способом (с применением инвентарной трубы и бурового оборудования) как по стоимости, так и срока" устройства свай-дрен, особенно при больши их числе. Несомненно перспективным является применение этого .способа при устройства искусственных оснований в различных регионах России и других стран.

Целью насгоякей работы являются разработка основных положений, определение параметров и обоснование эффективной технологии уплотнения и дренирования слабых водонасыщеннчх грунтов взрывает вертикальных удлиненных зарядов.

Для; достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи : .

- определить основные параметры метода уплотнения и дренирования слабых вэдоиасыщенных грунтов взрывами вертикальных удлиненных зарядов, каковыми являются: камуфлетная глубина заложения заряда; диаметр образованной взргвом полости; дайна заряда ; необходимая для зал мнения полости мощность слоя водонасыщзнного песка ; расстояние мекду зарядами, обеспечивание'5 равномерное динамическое действие взрыва на уплотняемое основание ; масса сосредоточенного заряда, взрыв которого создает необходимое динамическое действие для дополнительного уплотнения основания с дренами;

- определить схему размещения зарядов в плане на уплотняемой территории и способ их взрывания ;

- разработать и обосновать эффективную технологию выполнения буровых работ ;

- разработать метода контроля качества выполнения работ, позволяйте постоянно наблюдать за процессов уплотнения и дренирования ' основания ;

- установить технико-экономические показатели и эффективность методи уплотнения грунтов взрывами удлиненных зарядов.

Научная, новизна данной диссертационной работы заключается в с лс .пущем:

- разработан новый метод уплотнения и дренирования слабак глинистых водолзсытгенннх грунтов; - -

- определены необходимые для успешного применения метода параметра метода и предложены формула, позволяющие вычислять•'камуфлот-нук глубину заложения заряда ; диаметр образованной взрывом полости; необходимую Для заполнения полости мощность слоя водонесыщенного песка; радиус эффективного действия взрыва, обеспечивавший равно-' марноз динамическое действие взрыва ка уплотняемое основание и др. ;

- разработана эффективная технология бурения сквакин без обсадных труб, которая исключает самопроизвольное заполнение скважин н процессе бурения ; _ • " ■

- выявлены основные факторы, ог.ре де ляш;кз наиболее оффективкоо уплотнение и дренирование основания Не основу методов взрывов удлиненных зарядов ;

1 - разработана принципы и метода контроля качества работ, позволяющие .непрерывно фиксировать процесс уплотнения и дренирования

основания и по мэре необходимости корректировать параметр« метода.

Практическое значение и внедрение. Разработанный метод позволязг аффективно выполнять уплотнение и дренирование слабых водонаеьацен-ных грунтов, в том числе глинистых.

Способ взрывов обладает рядом преимуществ над другими методами уплотнения «дренирования слабых грунтов. Среди достоинств этого метода следует.отмэтигь: возможность проведения работ- простым и общедоступный оборудованием, равномерное и однородное уплотнение грунтового основания, высокая производительность и низкая стоимость работ.

Разработанный метод уплотнения грунтов взшвами удлиненных зарядов был применен на'строительствах в Щецине и Гчеве (Польша), где в общем уплотнено 620000 м3 слабых водонасыценных грунтов. Кроме- того, разработай диссертации били использованы кэ строительство в Ичи-чи (Югославия) при уплотнении каменной наброски золнолома методом взрывов. . •

Апробация работы: Основные положения и результаты диссергнци-. ■ ошой работы докладывались на трех международах конференциях: IX Европейской конференции по механике грунгоз и фундамектостроению,-Дублин (Ирландия, 1987) ;П Международной Балтийской-конференции по механике грунтов, и фундаменгостроению, Таллинн (1588) ; IX Деждународком Аортовом конгрессеАнтверпен (Бельгия, 1988), а также на научных семинарах кафедры "Иэдземяае сооружения, основания и фундаменты"" ЛГТУ.

Публикации. По материалам диссертации, опубликовано 5.печатных работ и 2 работЫч приняты к опубликованию. На метод уплотнения'грунтов взрывами удлиненных зарядов подучен патент (Польша).

' Структура и..объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка литературы, включагацего 91 наименование. Общий объем диссертации 1Ь7 страниц, включая "117 страниц машинописного текста,. 38 рисунков, 8 таблиц.

СОДЕРЖИМ?! РАБОШ.

- м введении .обосновывается актуальность .темы, формулируются цели исследований, .обосновывается научная.и практическая ценность работы, излагаются положения, выносимые на защиту.

В главе I приведен исторический обзор развития методов поверхностных, глубинных и подводных взрывов, применяемых длк^уплотно-ния грунтов, даны анализ и обобщение работ по изучению последствий

/

взрывов в водонасшценных грунтах и моделированию их динамического поведения, приведеш основные паршгры взрывных волн, образоззндах при взрыве заряда взрывчатого вещества (ВВ), описан механизм уплотнения несвязных водонасыщендах грунтов взрывами зарядов, а такке .дан обзор работ с применением взрывов в слабых водонасыщеншх грунтах.

В зависимости от расположения заряда ВВ относительно уплэкого объема грунта принято различать подродаое, поверхностное и глубинное уплотнение.

Первое глубинное уплотнение было выполнено в 1936 г. Н.Н.Уасло-шм"и Н.А.Филкыовоным на строительстве'Верхне-Свирской ГйО, однако результаты ятях работ не были своевременно опубликованы.

О 1949 г.' в лаборатории механики грунтов ЛШ им.М.»1.Калинина под руководством 3.А.Хлорина и Ц.Л.Иванова велась и^тенсквнэя разработка метода уплотнеш-м различных грунтов взрывами, Помимо успешного при«®нения способа уплотнения глубинными и подводными взрывами водонастаенннх несвязных грунтов на многих'строительствах, в СССР и других странах, в результате исследований был выявлен механизм процесса уплотнения этих грунтов при взрывах.

Катод взрывов по предложению V,М.Абйлева, И.М.Литвинова, Х.А.Ас-карова и З.Х.Ядгарока блл применен' для ликвидации прасадочкых свойств лессовых грунтов путей предварительного замачивания этих грунтов, а затем применения подводах или глубинных взрывов. Разработка метода уплотнения несвязных водонасыщеиных грунтов велась также в Польше И.Киселевой, Е.£ембицким, Р.Осецимскии и автором диссертации, при. этом в отличие от применяемых в СССР сосредоточенных зарядов Ш уплотненна выполнялось, в основном, с использованием удлиненных зарядов, вору8 которых создает более равномерную динамическую нагрузку на слой уплотняемого основания. .

Отличительными признаками взрыва ВВ являатся высокая объемная концентрация энергии, экзогершчноегь процесса и образование боль-, шого ко^чества скатах газообразных продуктов. Явление пульсации 'газовой камеры, образованной продуктами детонации взрыва заряда В8, является одним из наиболее существенных иочзнтоа всего процесса взгыва эарггдз ВЭ, ' , '

Теоретические исследования волновых процессов в грунтах велись Г.Я.Покровским, Х.А.Рахнбтулиным, С.С.Гоигсряном, Н.З.Зволинсниа, Г.М.Ляховым, Г.В.йяювык и др. Динамическое поведение водонасыщеншх грунтов хорошо олиетвазгея с помощью моделей нелинейно- а зязкоуя-

эугих многокомпонентных сред, разработанных Г. М. Ляховым, в когсрнх ■рунт рассматривается как трехкэмпонентная сплошная среда, в состав соторой входят газообразная, жидкая (еодэ) и твердая компоненты.

Изменение структура, грунта, необходимое при применении взрывов, фоисходат, в основном, в области, прилегающей к месту взрыва, т.е. j зоне действия преимущественно ударных волн. Исследованием параметров ударных золн в воде занимались Р.Коул, а в водонасшценных грунтах \М. Ляхов, П.Л.Иванов, А.А.Вовк, -А.Г.Смирнов, Н;Г.Кравец, й.Д.Лучко, ¡.С.Бкраивкис и др. 3 работах Г.М.Ляхова установлено, что параметры ¡зрдвюх волн зависят з большой степени от содержания в водонасыщен-ioiA fpytile газа в виде пузырьков, количество которого зависит от ус-ЮбиЙ ук'Ладкй Грунта, начальной влажности, условий насыг.ешт грунта ¡одой и т.д. 3 полностью.водонасьиценнчх грунтах параметра взрывши 5олн близки к величинам параметров, определенных Р.Коулом экспериментальным путем.при взрывах в-зэдз.

Взрывы зарядов ВЗ в водонасжценцых, несвязных грунтах могут выз- • зать их уплотнение, что было,убедительно доказано П.Л.Ивановым. Ир-,: зпределенном соотношении между сдвигавшей и нормальной составлявши 1агрузок (напряжений) происходит сдвиг частиц грунта и гвердае часги-ды взвевиваются в, воде. 3, зависимости, от величины сдвига, частки, макет произойти уплотнение или разрыхление грунта.

А.Г.Смирновым и Л.й.йщенко было.показано, что при действии взрив-ioü нагрузки в несвязных водонаснщенных грунтах происходит значигель-1ая динамическая фильтрация вода, которая осуществляется за фронтом максимума'напряжений от взрывной, волны под действием расширяющихся и работающих подобно поршню. газообразных продуктов детонации. Успешное 1рШенеш8 похода Взрывов требует правильного определения ряда г.ара-(етров, существенно влияицйх, на. технико-экономический оф{зкт способа, ""дубина заложения, заряда ВВ, обеспечивающая его кзму^лешое дегствиз, определялась в работах, A.A. Вовка, А.Г.Смирнова, И.С.БиркиЕкаоз, Т.Л.Йзанова. Указанные авторы предложили,для ее расчетов ¡}oc:jyjbi, содержащие эмпирические коэффициенты и величину массы сосредоточенного заряда, В работе. И.¿f.Литвинова для. определения^камуфлегной глубин заложения заряда.предложена формула, вклшакцая эмпирические коэЭДи-диекты и радиус заряда. Вопрос о величине радиуса полости, образован-, {ой взрывом, рассматривался я работах. Г .й.Искровского, й.С.^здоровэ, ^.¡«(.Купнарзва, 3.Г.Правда, А.Г.Смирнова, Б.Л. Плаксия и др. Лрвдаокв.«.-ве зависимости содержат величины радиуса заряда, вяугрениеЯ йигргид'

идеального заряда и экспериментальные коэффициенты, зависящие от вида грунта. Исследованию величины зона уоломения грунтов посвящены работы Г.К.Акугина, Н.А.Евстрзлова, Г.И.-Покровского, П.Л.Иванова, А.Г.Смирнова, 3.А.Плаксия и др. В этих работах зона уплотнения определяется в зависимости от радиуса полости, радиуса действия, заряда и ■• ряда экспериментальных коэффициентов грунта. . ■

На основе анализа современного состояния вопроса.» опубликованных работ, выполненного,автором диссертации, сделан вывод о необходимости разработки "методики определения основных'параметров метода уплотнения слабых зодонасыщенных грунтов взрувами удлиненных зарядов, и обоснования технологии, гарантирующей- высокий технгасо-экономичес-Kh'/ ai'isitr применения этого иетода.

Зтооая глава посвящена описанию и анализу основных применяв-. vax мероприятий по ускорению процесса консолидации слабых аодонасы-г,ешых грунтов. 3 практике широкое применение получили метода устройства вертикальных (песчаных или картонных) дрен и песчаных кодушек, з гакке песчаных свай. Изложены метода расчета песчаных дрен и свай, разработанные в трудах М.Ю.АСелева, Ю.К.Зарецкого, A.C.Марченко, Р.Баррона, Я.Рандулика, Н.Карилло, а также способа их устройства., :Сригкческая оценка имеющихся методов расчета консолидации оснований позволяет признать одним из наиболее эффективных метод Р.Баррона, учитывающий явление вертикальной и горизонтальной фильтрации вода в основании с песчаными дренами, ¡¡оказаьо, что устройство песчаных дрен и сзай требует применения специального оборудования и больших финансовых затрат, - . " , -

3 главе 3 изложены осйовные представления о процессах, происходящих в грунтах при взрывах и характеризуются параметр* метода уплотнения и дренирования грунтов -взрывами зарядов. В слаСЬх зодонасы-щеиных грунтах стенки образованной взрывом вертикального удлиненного заряда цилиндрической'полости в условиях действия высокой томнератури и больших давлений газов приобретает большую прочность и способна сохранять .устойчивость достаточно длительное время. При &гоы от взрыва слой вэдснасыщеиного песка разжижается и-в случае, когда песок находится над ранее образованной взривом в слабом водонасчщенноал связном грунте полостью, он вту полость полностью заполняет, образуя сваю-дрзну. ¡¡пд действием последующих взрывов соседних зарядов, расиоло-\ чегшчх от езяк-дрокн на расстояниях, меньших радиуса максимального де^стпия, песчаный грунт сваи-дгекы может многократно разжижаться и б

уплотняться, что приводит в итоге к Значительному увеличению несущей способности песчаной сваи-дрены. Корка на поверхности полости (на стенке сваи-дрена)■, образованная первым вэривом в слабом' сеязном во-донасыщенном грунте, под действием последумцего взрыва разрушается и тем сашм открывается возможность, фильтрации вода в сваю-дрену из окружающего грунта,.значительно ускоряя процесс консолидации глинистого малопроницаемого гранта. ... ■ , .

Дополнительным.эф$ектом действия, взрыва в слабом водонасшценнои грунте;'являе.гся возникновение-вокруг полости уплотненной зоны, размеры которой.зависят от величины заряда, типа ВВ, а также вида и состояния (сжимаемость, плотность и т.п.) естественного грунта. Последующие взрывы зарядов ВВ,.-создавая, динамическую нагрузку на слой во-донасыщенного. грунта, способствуют увеличению оттока поровой вода в образованные.ранее песчаные,сваи-дрена. , ,

\.1егод уплотнения и дренирования слабых водонасыщенных грунтов взрывами удлиненных зарядов-включает в себя использование вышеупо:.я-нугых процессов, происходящих в основании, и состоит, из слегших последовательных-операций (рис. I) :

1 - Бурение с помощью буровой установки скважины в заранее намечекнх точках-устройства свай-дрен. Глубина скважины должна соответствовать -длине проектируемой сваи-дрены. .

2 -Погружение в скважину заранее подготовленного удляненнопо заряда 41) с размещенными в нем электродетокатораш.

3 - Взрывание-удлиненного заряда, с помощью взрывной машинки и. образование-з основании камуфлетной цилиндрической полости.

4 - Заполнение полученной з связном грунте полости разжиженным водонасыщеникм несвязным грунтом;и образование тем сашм песчаной сваи-дрены (2). • -. - . .. ... ... - . , .' :

-■ ■ 5 - Создание последующими взриами.ссседшх зарядов дополниголь-ной-динамической нагрузки на толщу трунтоз основания и(в рэдаусе максимального действия'взрывоз), в, той числе и, песчаного грунта свая-дрёнь' ■-•■-'- ----... 1

" ' б --Дополнительное уплотнение, при необходимости, грунта свай-дрен взрывами .поверхностных или. кацуфлетнах.сосредоточенных.заряде размещаемых на вертикальных осях свай-дрен.

Для. создания дополнительной динамической нагрузки на с;лоЛ слабого естественного грунта рзкомендоогса выполнять взриш Кймуфлогнйг сосредоточенных зарядов, располокенних мекду удаиненниук.Зарьдущ-: ■ ] . • , • V

Успешное применение метода устройства свай-дрен к уплотнения грунтов Еарнваыи удлинеиных нарядов зависит от правильного определения основных его параметров^ которые предлагается определять с помощью фор:^ул, полученных автором на основе теоретических представлений, обобщения у анализа результатов гаполнешгых производственных работ.

Радиус цилиндрической полостй г; , образованной взрывом вертикального удлиненного заряда, предлагается поределять по зависимости ' Ъ'к+УЯ; (I)

в которой:- 0П ' ~ пог-онная масса 'Заряда эталонного ВВ (аммонит 6&В) (кг/м) ; К-ж - коэффициент сжимаемости грунта при взрыве удлиненного кацуфлетного заряда ,

Значения коэффициента сжимаемости Сыт определены автором по ре з>льтатим крупномасштабных работ, выполненных в Щецине и Тчеве (Поль ка). Зависимость коэффициента от показателя текучести (кон-

систенции) & уплотняемого грунта приведена на рис. 2. Обработка ' данных, представленных ка рис. 2, позволяет рекомендовать для коэффициента сжимаемости приближенную формулу

гП*№ (2)

Зависимости (I) й (2) даЬг удовяе^'орйгедькые результаты в случае, когда грунт находится в пластичном и текучем состояниях ( ( и в диапазоне погонной масягЬт 1;0 до 3;0 кг/м^ что соотвегстзузг наиболее характерным условиям ¡фоэедеййя работ предлагаемым методом.

Определение камуфлегНой Глубины залокенйя заряда является одш! пс самых существенных ёггпоз разработки метода уплотнения удлиненны) зарядами» ¿второй разработан способ, расчета этой глубины.

Яри взр»ве вьрйисйльййгб Удяинейййго зарйда 6 грунтйх в резуяь гзте действия газовой йёиё|к ЬбраЗуегйя Полость^ кйторая киеёт форм; вертикального цияйНдра с п^йшМйциШ к неНу 8 торцах полусферами. ¡Чрккииаетоа допущонйё} Иго йозннкшйо в результате взрыва полусферы яьляятся разуЛьтёгой НуяьбаЦйи гёЗовых камор (^эырей), образованны йри взрывах отдельных СВсрё^Ого^ёНкых ййрядоз; являйцихся Й^цЬЙами частями' ултийёнНсгб заряда. Исхода йз ёИЫ?6. ка14уФлёгная НдубйНа за-поъоФЫ заряда определяется как глу(Шй расположения центра торцёвс части удлиненного заряда; ;£йсйукщ&г3 как сЬсредогоченнЫй заряд й взрыв которого образует верх'нкЬ дйцусфбрическуЬ ййлосгь. Учйтйоя раздари • полос »ей, образованны* & экйперймёнтах при взрывах Ьсюред^ ченкыч м удлиненных зарядов} й приникая за основу апробированную з: виеимэсть П.Л.Иванова для определения кацуфлегной глубины заложена 8 •

сосредоточенного заряда, автором получена форцула для определения глубина заложения верхнего торца удлиненного заряда, обеспечивающей его намуфлегное действие: .

Зависимость (3) хорошо подтверждается результатами опнтных л производственных работ.

Образованные в основании взрывом вертикального удлиненного заряда цилиндрические ! >лосги должны полностью заполняться аодонаса-щенным песком. Необходимо при э!гом минимальную мощность слоя песка предлагается определять по зависимостям: для несовершенных (.висячих) свай-дон

и для совершенных свай-дрен

Л,. (5)

где: п - количество свай-дрен; гп! , Ле,- - радиусы и длины свай-дрен (к) ; ¡7 - уплотняемая площадь основами ().

Расстояние между ейаямя-дренами автором предлагается определять на основе эяопериментйльйах взрывов и замерев осадок поверхности основания; проводимах на участке; где отсутствует прикрывггаций сла-бне грунта слой водонасыщейного песка. Радиусом эффективного действия взрыва предлагается считать расстояние, на котором осадка поверхности Ьснопанйя равна иолозяне его максимальной Осадки. Таким образом, расстояние между .зарядами в каждой серий взрыбов должно составлять величину; раёную двухкратному радаусу эффективного дейст-. вия взрдва угнанного заряда. _ • '

Для создания дополнительной динамической нагрузки На уплотняемое основание (при необходимости его доуплогненш) рекомендуется вйлолКягЬ вз^ш сосредоточенных зарядов, Ьогруглших е грунт на «а-адгфлетНу» глубину й расположенных' в центрах квадратной евткй, принятой для удлийейшх зарядой: Массу зтйх Нарядов автор предлагает принимать в забиоимоЬти о? мощности (толщши) уплотняемого слоя: для мощности до 5,0 ы - й =3 к£;,'для. мощности Ь,0* 10;0 л •■ О = 4 иг, д»я мощности Солоо 10,0 м - О - 5 кг. Следует отметить, что осадка уплотняемой голщи грунтов сразу после применения четырех серий взрывов удлиненных сэрядов состгаля-

■3

ла ROt v¡ даже более общей (стабилизированной) осадки.

Четвертая глава ' посвящена технологии уплотнения и дренирования сяяг'ых водонасыщенных грунтов взрывами вертикальных удлиненных зарядов.

Выполнение ра'бог во уплотнению методом взрывов слезет проводить в два этапа:, экспериментальное уплотнение, затем производственное! Экспериментальный атап проводится на небольшой'часта площади (100 + ЮОО м2), предназначенной' для уплотнения, с целью проверки и, по мере необходимости, корректировки параметров1 Метода, а также е. целью определения максимальной массы заряда, взрыв которой не вызовет повреждений близлежащих сооружений. '

Формирование удлиненных зарядов выполняется на месте взрывных работ непосредственно передних погружением в скважину. Патроны или гранулы водостойкого ВЗ'бризантного действия вручную погружаются в заранее подготовленный рукав, изготовленный из хлопчатобумажной или льняной ткани. ' '

Бурение сквакин под вертикальные удлиненные заряда в слабых водонасыщенных грунтах необходимо выполнять без помори обсадных труб. 1тсба избежать заполнения скважины зодонасыщенным песком, бурение осуществляется с применением глинистого раствора консистенции I: 5 (глина: вода). В качестве глинистого материала'Применяется бентонит, раствор которого удерживает, стенки скважины в течение-времени, достаточном для погружения удлиненного заряда.' Доела проходки скважины в нее сразу погружают удлиненный заряд с элоктродетонатора-ии, а сзободцую'часть скважины заполняют забоечным материалом.- Заряда рекомендуется взрывать поочередно....... "'• :

Проведение работ яо уплотнению грунгов'взрывами должно сопровождаться постоянным контролем качеегва исполнения,' возможным в полевых условиях и позволяющим корректировать параметра метода, й частности,, в производственных условиях автором выполнялись следу'ициё, относящиеся к такому контроле, пероприягия: наблюдения за осадками поверхности к слоев грунта (с помощью глубинных и поверхностных реперов), измерение давления поровой вода е толще слабого водонасьсценного грунта (пьезометрами й тенэометрическими датчиками давления), бурение с целью оценки длины сваи-дреш, определение объема осадочной воронки на поверхности грунта. Крома того, перед началом и аозло окончания ' взр^зных работ выполнялись статическое и динамическое зондерованио, нрассиометричзские исследования и лабораторные испытания грунтов.

10 '

\

\

В пятой главе представлены примерл практического применения метода устройства свай-дрен и уплотнения грунтов взрывами удлиненных зарядов.

В 1985-86 гг. выполнено уплотнение и дренирование органических [торфяных) водонасыщенных грунтов методом взрызоЕ на острове Нижний пудовой, расположенного не р.Одре на территории судзрзменгного яаво-са в Щецине (Польша). На части острова площадью 180С0 н2 планировалась постройка десятиэтажного здания и размещение площадок для сканирования- стальных конструкций. Геотехнические исследования показали, что в грунтовом основании можно выделить (сверху вниз) слои: [) - намытых непосредственно перед началом взрывных работ мелко и зредаезернисгых песков мощностью от 1,5 до 4,0 ы ; 2) - среднеэернис-гых песков а примесью гумуса, камней, осколков берсна мощностью от 3,4 до 4,4й м ; 3) - торфов и илов мощностью от 5,24 до 9,0 ы (в среднем 6,97 м); 4) - речных отлокений, состоящих-из срзднезерн'/стах песков.

Содертанме органических частиц в торфах составляло от 60 до ЗЕЙ, их плотность $ = 0,95 г/см3, коэффициент фильтрации к 35,4 Ю~9 м/с, показатель текучести 1и изменялся от 0,53 до 0,82. Илистые грунты содержали от. 18 до ?Л% органических частиц, дая них ! = 1,19 г/см3, к = 1,4 Ю~9 м/с, а 'X = от 0,60 до 0,71.

После выполнения работ на экспериментальном участке (гда отсутствовал слой намытого песка) метод взрывов был применен на территории, предназначенной для уплотнения, разделенной на две части: ка первой применялись заряда погонной массой 1,0 кг/м, а на второй -заряда по 2,0 кг/м. Заряда в 1,0 кг/м взрывались последовательно четырьмя сериями взрызов с расстоянием меяду зарядами в каждой ве-рии 6,0 м, что соответствует двухкратному радиусу эффективного действия, установленное заранее на экспериментальном участке. Пятая и шестая серии сосредоточенных зарядов массой 5,0 кг взрывались о середине квадратов, образованных зарядами 1-4 серий. Удлиненные заряда массой 1,0 кг/м применялись в основном на территории, где мощность слоя слабых грунтов не превышала 6,0 м. Заряда массой 2,0кг/«, использованные на остальной территории, взрывались четырьмя серлячк с расстоянием 10,0 и иождо зарядами в каждой езрии.

После выполнения взрывов зарядов 1ервой серии по осадкам ¡ш\ы~ того песчаного грунта и объемгы осадочных вороной, образованна на поверхности, определялись размеры созданных н слабом глинистом грун-

то свай-даек. При ззрнвах зарядов массой 1,0 кг/м объем сваи-дрена составлял в среднем 0,3 м3 на погонный м.етр ее, а при взрывах зарядов массой 2,0 кг/м - 0,64 м3 на 1 пог.м. Дополнительно, с целые проверки .длины свай-дреи. выполнено б контрольных бурений по их осям с отбором проб через каждое 0,5 м. Зо всех случаях длина обргаезан-ной свач-дрены соответствовала расчетной по проекту.

Для определения осадок слоя слабых грунтов выполнены контрольные зондирования и замеры осадок глубинных и поверхностных реперов. 3 результате было установлено, что кровля слоя торфов и плов получила осадку в среднем 0,23 м, а их подоава понизилась в сродном на 0,10 м.

Зондирования, выполненные перед началом и после окончания взршнах работ, показали увеличение степени плотности сложения в насыпях в среднем на 260? (до Ь> - 0,62) и увеличение прочности ( Тл, ) органических-грунтов в среднем на 300$,

Обследование откосов острова показало отсутствие выпора грунта в русло рек«, что является достоверным доказательство;.' того, Что . осадка слоя слабого грунта после взрывов зарядов произошла вследствие -его уплотнения.

В 1588 г.- .зиполнано уплотнение основания площадью ЗбЗОО предназначенного под объекты станции очистки стоков в Тчевз (Полька). Естественное основание сооружений .представлено верхним слоем глинистых, пылсвашх и илисгах грунтов с линзами орсднезсрнисгых песков модностью от 1,5 до 5,3 м, слоем илистых к глинистых грунтов 4юь-ностыо ог 6,3 до 10,4 и, подстилаемых среддсзернистыки песками сродней плотности сложения. Уплотняемую территорию разделили но три района, различавшихся - между собой магкосгями слабых грунтов. В районе

Р -I былй применены заряда массой 2,0 кг/„. и длиной 10,0 м,- ра&ке-щенные с вагон 12,0,м в каждой серии ; в районе Р 41 - заряда Мао-* сой 1,0 кг/м, длиной 9,0 м и шагом б,0 м; в районе Р -Ш •• заряд.;! массой 1,0 кг/м, .длиной 9,0 м и шагом 8,0 м. Расстояние между зарядами определено на основании работ, выполненных ка экспериментальном участке, где-было установлено, что для зартдов массой 1,0 кг/м радиус эффективного дейстзия составляет от 3,5 до 4,5 м, а для зарядов массой 2,0 кг/м -- от 9,5 до 15,0 м. Осадки поверхности основания для районов работ составляли: Р -I - максимальная - 0,81 м, средняя - 0,67 м ; Р -П - соответственно 0,80 м и 0,64 м ; Р -Ш - соответственно 0,55 м и 0,48 м. Сжатие слоя слабых грунтов составляло в 12

Рис. 1. Схема образования песчаной сваи-дрены:

I - удлиненный заряд, 2 - песчаная свая-дрена, Утапы образования сваи-дрены; а - бурение и погружение удлиненного заряда ; б— взрывание заряда ВВ и образование полости ; в,г - заполнение полости грунтом и образование сваи-дрены.

от показателя консистенции Ь

Рио. 3. Графики относительных осадок л/люг естественного (пунктирная кривая) и с дрсьшмн (спчошная кривая) основания.

среднем 5,0$ его мощности. Создай, достигнутые о помощью метода взрывев, превысили ожидаемые осадки от нагрузки сооружений станции на 155Й.

Запер! поверхностных и "глубинных реперов, выполненные через 4 месяца после завершения взрывных работ, показали, что осадки поверхности и слоев грунта увеличились за 4 месяца в среднем всего на 0,015 м.

Иестаэ глава посвящена техникэ-окономической оценке метода взрывов удлиненных зарядов.

Достоверный анализ стоимости применения метода взрывов удлиненных зарядов был выполнен на основе сопоставления сметных стоимостей уплотнения слабых грунтов этим методом и другими способами уплотнения, пригодшми для применения на данной территории и дающими для слабых грунтов близкиз количественные результаты (сопост!вление выполнено применительно к территории нефтеперегонного завода в Гданьске). Анализ показал,-что метод взрывов в 4-5 раз дешевле в сравнении со способов устройства песчаных свай методом гидровибрированил и методом устройства песчашх набивных свай. Зреш выполнения уп- ■ логяения методом взрывов 100000 м3 слабого грунта с использованием одной буровой установки составляет около 10 рабочих смен.

Для оценки роли песчашх свай-дрен, образованных взрывами удлиненных зарядов в слабом спязном грунте, в формировании напрякекно-дерормирэванкогс состояния Чюнювания использовалось решение упруго -пластической смешанной задачи, разработанное А. К. Буг ровдм. Выполнены расчеты основания, усиленного песчаными сваями-дренами,' и для сравнения - естественного основания. Результаты расчетов показывают существенное влияние свай-дрен на снижение деформаций основания. 3 частности* по данным расчета основания, представленного слоем ( Н -8,0 м) слабого Грунта I £/, = 2,5 МЛа, & =16°, с, = 0,002 МЯа) стабилизированная'максимальная осадка сооружения, создающего на основание нагрузку £ = 0,16 МПа, составляет'24 см, а относительный прогиб - //I = 0,00083. Устройство песчашх свай-дрен ( £, - -37,5 МПа) с шагом 4,0 м приводит к снижению максимальной осадки"в 1,5 раза,' а относительного прогиба в 2,7 раза.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТ'! РАЕОШ "

I. Установлено, что при взрыве удлиненного вертикального.заряда в слабой водснасыщекном глинистом гоунте образуется полость, ,ци-14

аметр которой зависит от погонной масси заряда ВЗ и показателя текучести грунта, йзучен механизм образования полости.

В случае, когда над слоек слабого глинистого грунта находится слой водонасыщенного песка, происходит заполнение им полости и, тем самим, образование песчаной сзаи-дрени. Песчаный грунт сваи-дрелы под действием последующих взрывов соседних зарядов, расположенных на расстояниях, меньших радиуса максимального их действия, разкижается и ушгатняется, что п; :водат в итоге к увеличению плотности и несудей способности песчаной сваи-дрены. Дополнительным аффектом действия взрыва в слабом водонасыденнои грунте является возникновение вокруг сваи-дрены уплотненной зоны, размеры которой^ зазисчт 01 величины заряда, типа ВВ, а также вида и состояния (сжимаемость, плотчость и т.п.) грунта.

2. Получены эмпирические форцулы для определения радиуса сван-дрены, камуфлетной глубини заложения удлиненного заряда и необходимой мощности слоя водонаенщенного песка для заполнения полости дрзны.

Предложен экспериментальный спосоо определения радиуса элективного действия взрывов удлиненных зарядов в слабом вэдонасьзценном грунте, базирущийся на замерах осадок поверхности естественного основания.

3. Разработана элективная технология выполнения уплотнения слабых водоназыщеккда грунтов взрывами удлиненных зарядов.

4. Основные положения предложенного метода уплотнения слаокх водонасыш,еншх грунтов взрывами удлиненных зарядов и зависимости дач определения параметров метода апробированы результатами производственных уплотнений оснований объектов в Иетдпце и Тчевз (Польша).

5. Предложенный метод уплотнения оснований характеризуется ви--сокими технико-йкономическими показателями, е частности, его отличает низкая стоимость, высокая производительность и возможность применения общедоступного.оборудования. Метод позволяет подучить сразу после взшпшх работ около 80$ стабилизированной осадки основания.

По тема дассертации опубликованы следук/цие работы:

1. А.К.Бугров, Р.Имяояек. Устройство свай-дрен и уплотнение во-донасыщеших грунтов взрнвами удлинощмх зарвдия./ДЬБесткя Вузов. Строительство ТМ2,'К 3 (в ¡ычатй).

2. Р.ймяолок. Уплотнение водонаск ,ешых грунтов взрквзми удзи-нешмх нарядов.//Основания, фундамент и мехагака грумол,

№ 4 (в печати).

15

\

3. Dembicki£. t ImialeJc R. , krsie/o»r&/J. Changes in G-rounn/- Mater levels Di/p lo Dynamic impaction of Sitbsiils iy //Men ¿/ndergroond Explosions. Proc. of lie IX** European Ponf. 00 So/1 /7ecan/cs and found Enp., Pt/iiin fW, wl.P, P- MS-¿02.

4. De/Po/cJc/E., Im/oleJ- P., P/s/oiovoH. Uyno/nlc Por/soi/nte/Zon

of tirgm'c So£so/ls ¿g Applying Underground Explosions for EormnTWPs c>f Vertical Sands Drains and ¿ensrafihy dynamic di-erloading. Pros, of if>s /AJ.nl Harbour Portress, Anherp, fine fSSS.jj. S16f-S.H0.

5. BenSich'E., Im/ait/H., M'&Womi A/. Dynom/o PonsaP/do/io/?

of Prganic Suhviis by Pse cf P/di£n Underground Explosions. Proc. of Me // Ptll/c Ponf SM.f.E, hi/in IMS, />. ¿13 -211.

6. De/ni.'diE., ImioioPP., tisielom M JailPowpocl/an uiii> lie Plasling if ¿/fad. fo ¿soP ' ¿-¿Dtnccian, js an/ A'aler Engineering

in Enr/ronmenial lianonomen/". Ed. A J. PaiPma , Abiiand /P№.

7 . Dembici/E., Imtohp P., fa-sie/owa/l. ZaPrgs ischnolo^/i' sjtqfszczana yron/o'is mefcdn My6lrc6oW n& fersnie ¿uc/ovy E/a/-/ro*/ni' Judro/jeif a' ¿arneucu.f/ fniymer/b ifarste , /¡r 5/fff.

Подписано к печати ж ^ Тираж 100 экз.

Заказ Hi- ' Бесплатно

Отпечатано на ротапринте С.-ПГТУ I95251, Санкт-Лзтербург, Политехническая ул., 29.