К.т.н. профессор Какенов К.С., д.п.н., профессор Есенбаева Г.А.

 

Карагандинский экономический университет Казпотребсоюза, Казахстан

 

Методика прогнозирования уплотнения грунтов при газовзрывном воздействии

 

 

Методы контроля качества уплотнения грунтов многочисленны и разнообразны, но они трудоемки, а в ряде случаев практически неосу­ществимы или малонадежны.

Наиболее надежный способ получения характеристик грунтов до и после уплотнения – это отбор образцов ненарушенной структуры из шурфов и скважин с последующим лабораторным их определением. В водонасыщенных грунтах, находящихся выше горизонта грунтовых вод, шурфы и скважины проходят до насыщения грунтов водой перед уплотнением взрывами и после осушения уплотненной толщи грунта. В связи с необходимостью осушения грунта такой контроль не является оперативным и практически не дает возможности доуплотнить какие-либо участки массива грунта в процессе ведения работ. Кроме того, отбор кольцами влажных образцов грунта  приводит к искажению результатов, особенно в рыхлых грунтах.

Для  практического и оперативного контроля уплотнения грунтов применяются различные косвенные методы определения плотности скелета грунта или степени его плотности [1,2]. Одним из таких методов является методика прогноза уплотнения грунтов при  газовзрывном воздействии по результатам их лабораторных испытаний. Методика основана на физических представлениях о процессе уплотнения грунтов  в результате действия одиночных импульсов. Основой ее является  положение, что величина последующего уплотнения грунта при пол­ном разрушении его структуры определяется начальной плотностью сложения данного грунта и интенсивностью импульсного воздействия.

Замерив среднюю осадку S участка уплотнения и глубину уплотне­ния hуп, зная среднее начальное значение коэффициента пористости еН, пористости nH  или плотности скелета грунта ρн, можно в предпо­ложении равномерного уплотнения грунта по глубине слоя определить эти характеристики после уплотнения по зависимостям:

 

ек = еН - S/ hуп  (1 - ен ); nк = ( hуп ∙ nН - S)/( hуп - S);

ρK = hуп × ρH / (hуп - S)                                          (1)

 

Расчетная величина осадки определяется из зависимости (1) как:

 

 ,  (2)

 

где  еp, np, ρp - характеристики грунта, требуемые после уплотнения.

Имея данные об осадках поверхности грунта и глубинных реперов при лабораторных испытаниях, необходимое число взрывов подбирается так, чтобы средняя осадка в пределах радиуса эффективного дей­ствия  была равна  требуемой по зависимости (2). Контролируя при производственном уплотнении осадку поверхности и глубинных реперов, можно добиться получения заданной средней величины степени плотности грунта.

Предложенную методику можно использовать для решения обрат­ной задачи. Зная по результатам полевых испытаний осадку поверхно­сти  S  и по смещению глубинных реперов глубину уплотнения hуп, оп­ределим среднюю относительную осадку слоя d = S/hуп. Затем прово­дятся лабораторные испытания взятых проб грунта на действие газовзрывного воздействия и по полученному графику и значению d опре­деляется плотность скелета грунта. При этом следует учитывать, что имеющиеся в естественном грунте структурные связи между частицами могут несколько исказить (завысить) полученные таким образом характеристики плотности сложения грунта.

Контроль качества уплотнения выполняется путем геодезического наблюдения за осадкой  поверхности  уплотняемого участка грунта.

Для контроля уплотнения грунта по всей площади  участка устанавливается ряд реперов на различной глубине, которые нивелируются до и после взрыва. Число реперов следует устанавливать в зависимости от требуемой точности наблюдений.

Глубину и равномерность проработки толщи грунта взрывом можно оценить по результатам замеров осадок глубинных реперов. При установке  глубинных марок следует  стремиться к их максимальному облегчению.    

Простейшие марки могут быть изготовлены в виде верти­кальных стержней из обрезков арматуры диаметром 6-8мм. На ниж­нем конце стержня обычно привариваются          листы тонкого металла. Глубинная марка погружается в пробуренную скважину, а обсадная труба затем выдергивается.

Нивелировку поверхности следует начинать по окончании уплотне­ния и отжатия воды. Контрольную нивелировку следует выполнять не ранее, чем через 6-10 часов после взрыва. Опорные реперы при прове­дении  нивелировки должны быть вынесены  далеко за пределы зоны уплотняющего действия взрыва.

Лабораторные испытания производились следующим образом [3]. Монолит грунта, взятый с площадки проведения взрыва, помещали в ме­таллический стакан  высотой 10мм. Масса грунта фиксировалась, и по известному объему сосуда определялась начальная плотность скелета грунта. Стакан с грунтом помещался во взрывную камеру и подвергался импульсному воздействию различного уровня нагружения. Осадку грунта относительно сосуда замеряли с помощью микрометра. Результаты лабораторных испытаний по определению плотности ске­лета грунта в зависимости от осадки поверхности при действии газо­взрывной нагрузки приведены в таблице 1.

 

Таблица 1

Определение плотности скелета грунта в зависимости от осадки и уровня нагружения.

№

п/п

Уровень нагружения DR, МПа

Осадка S, мм

Плотность скелета грунта, г/см3

До взрыва

После

взрыва

Стандартным

способом

1

2

3

4

5

6

 

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

 

0,210

0,220

0,205

0,220

0,405

0,409

0,420

0,410

0,605

0,610

0,620

0,614

0,810

0,820

0,85

0,89

 

1,2

1,3

1,1

1,1

2,9

4,4

3,1

2,7

5,2

5,5

5,8

5,5

7,8

9,0

8,4

7,6

 

1,650

1,653

1,648

1,654

1,650

1,645

1,655

1,640

1,650

1,640

1,630

1,625

1,650

1,625

1,640

1,650

 

1,670

1,675

1,667

1,673

1,700

1,720

1,690

1,658

1,740

1,735

1,730

1,720

1,790

1,780

1,790

1,780

 

1,665

1,670

1,660

1,668

1,690

1,710

1,680

1,685

1,740

1,730

1,720

1,710

1,780

1,770

1,785

1,780

 

Плотность скелета грунта в таблице 1 определяется по формуле (1).

Анализ лабораторных испытаний, представленных в таблице 1, по­казывает, что плотность скелета грунта, определяемая по описанной методике, хорошо согласуется с плотностью, которая определяется стандартным способом.

 

Литература:

1.            Кравец В.Г. Динамика уплотнения грунтового массива взрывом - Киев: Наукова думка,1979. - 133 с.

2.            Крутов В.И. Выбор методов уплотнения просадочных и насыпных грунтов // Основания, фундаменты и механика грунтов. – 1992. - №2. – С. 5-8.

3.               Какенов К.С. Технико-экономическое обоснование применения буронабивных свай при уплотнении грунта газовзрывным воздействием // Вестник КЭУ. – 2011. - №4 (23). – С.21-23.