1.8. Уплотнение подводными и глубинными взрывами
Уплотнение грунтов взрывами заключается в одновременном взрывании в водной или грунтовой среде установленных по определенной сетке на некоторой глубине от поверхности (рис.9) зарядов взрывчатого вещества (ВВ), под воздействием которых происходит разрушение существующей структуры грунта и его дополнительное уплотнение. При этом с целью снижения прочности маловлажных грунтов до минимального значения и создания наиболее благоприятных условий для разрушения существующей структуры и уплотнения грунта до взрывов производят предварительное его замачивание.
Рис.9. Схемы уплотнения грунтов
а – подводными; б – глубинными взрывами; 1 – котлован; 2 – уровень воды; 3 – обвалование котлована; 4 – заряды взрывчатого вещества; 5 – скважины для установки зарядов; 6 – дренажные скважины
При уплотнении подводными взрывами заряды ВВ взрываются в водной среде. Слой воды, расположенный под зарядами, обеспечивает равномерную передачу взрывного воздействия на грунт. Столб воды, находящийся выше ВВ, служит для гашения энергии взрыва, направленной вверх. В процессе глубинных взрывов пригрузку создает верхний слой грунта, в связи с чем заряды ВВ располагаются на достаточной глубине.
Уплотнение подводными взрывами (см. рис.9, а) выполняется в котлованах с высотой столба воды не менее 1,3—1,5 м с таким расчетом, чтобы толщина воды над зарядами была не менее 1 м, ниже — равнялась 0,3—0,4 м. Заряды ВВ массой 0,5—1,5 кг устанавливаются по сетке через 0,6—1,2 м. В результате подводного взрыва происходит уплотнение под влиянием как взрывного воздействия, так и собственного веса грунта с понижением уплотненной поверхности на 0,3— 0,8 м и образованием по ее периметру трещины-уступа. Максимальное значение плотности сухого грунта при уплотнении подводными взрывами наблюдается на глубине 0,2—0,3 м от поверхности, а ниже — уменьшается до природной. Глубина уплотнения подводными взрывами в зависимости от грунтовых условий, величины зарядов обычно составляет 1—4 м.
Уплотнение глубинными взрывами (см. рис.9, б) также производится в котлованах глубиной 0,3—1 м. Маловлажные грунты обычно предварительно замачивают через дренажные скважины, что снижает продолжительность замачивания, расход воды и растекание ее в стороны. Заряды ВВ массой 5—12 кг устанавливаются на глубине 3—12 м и в скважинах, расположенных на расстоянии 4-10 м одна от другой. При глубинном взрыве происходит уплотнение грунта в нижней части массива с понижением уплотненной поверхности на 0,5—2,5 м и образованием по ее периметру трещин с уступами. Толщина верхнего недостаточно уплотненного слоя грунта в зависимости от его вида изменяется от 2—3 до 5—6 м.
Уплотнение подводными взрывами применяется в просадочных лессовых грунтах с I типом грунтовых условий по просадочности, рыхлых песчаных и глинистых грунтах, в том числе намывных и насыпных, а глубинными взрывами — в просадочных лессовых грунтах с II типом грунтовых условий по просадочности, в рыхлых песчаных, супесчаных грунтах, главным образом намывных под воду. Наибольшая эффективность достигается при уплотнении взрывами песчаных грунтов, супесей, а также лессовидных суглинков с плотностью сухого грунта до 1,45 т/м3 и числом пластичности до 0,14. В плотных глинистых грунтах с большим содержанием глинистых частиц прочность оказывается достаточно высокой, поэтому такие грунты при взрывном воздействии полностью не разрушаются, в результате чего могут образоваться камуфлетные полости, не заполненные грунтом.
При уплотнении грунтов подводными и глубинными взрывами необходимо учитывать возникновение опасных зон, влияние на эффективность уплотнения степени влажности грунтов, консолидацию по мере снижения влажности уплотненных грунтов и другие факторы. Опасные зоны по действию воздушной волны и колебаниям грунтового массива определяются в основном массой одновременно взрываемого заряда и обычно распространяются на расстояние 30—60 м. Наибольшая эффективность уплотнения взрывами достигается при степени влажности грунтов 0,7—0,8. При такой влажности прочностные характеристики снижаются до минимальных величин, и в грунте сохраняются заполненные воздухом поры, способствующие интенсивному уплотнению грунта в процессе взрывов и после них.
Качество уплотнения грунтов поверхностными и глубинными взрывами определяется по общей величине осадки поверхности, а также определением плотности сухого уплотненного грунта радиоизотопными методами, методом режущего кольца и др.