книги из ГПНТБ / Вовк, А. А. Действие взрыва в грунтах

Видимая глубина воронки в функции приведенной глубины заложе­ ния Нв = (fw) для суглинков и глин может быть записана так:

Для расчета погонного веса заряда при взрывании в суглинках и лессах получена формула

C„ = kW2f(n),

где k — эмпирический коэффициент, равный для суглинков 0,68, для лессов 0,61 и для глин 0,85; f(n ) —экспериментальная функ­ ция, значение которой для суглинков и лессов находится из выражения

Определенный интерес представляют зависимости удельного расхода ВВ q от приведенной глубины заложения, а также от­ ношения видимой глубины воронки к глубине заложения заряда

в функции от этого же показателя W. Аналитически указанные зависимости в исследуемых диапазонах значений л могут быть записаны для суглинков

dw

(11.29) нулю, определяем оптимальные значения глубины зало­ жения заряда WonT, обеспечивающие минимальный удельный расход ВВ. Они будут равны для суглинков 10,7 и для глин 12, т. е. практически совпадают со значениями, полученными из выражений (11.17) и (11.18) по показателю радиуса воронки выброса.

Подставив полученные величины Wom в выражения (11.27), (11.29) , определим оптимальные значения удельного расхода ВВ,

102

которые будут равны для суглинков <£пт = 1,23 кг/м3 и для глин С т =1.01 кг/м3.

Анализируя зависимости (II. 17) — (II.30), видим, что взры­ вание линейно-протяженных горизонтальных зарядов выброса имеет свои особенности по сравнению с взрыванием сосредото­ ченных зарядов. В частности, расход ВВ по известной формуле Борескова при взрыве сосредоточенных зарядов пропорциона­ лен глубине заложения W в третьей степени. В нашем случае для исследуемого диапазона значений W погонный вес заряда пропорционален квадрату глубины заложения.

Из приведенных соотношений видно, что свойства грунта оказывают существенное влияние на параметры взрыва линей­ но-протяженных зарядов. Так, в зависимости от этих свойств существенно изменяется такой показатель, как отношение ви­ димой глубины воронки # в к глубине заложения заряда W, играющий более важную роль, чем при взрывании сосредото­ ченных зарядов, и поэтому подлежащий обязательному учету в исследованиях действия линейно-протяженных зарядов выброса.

4. ПРИМЕНЕНИЕ ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ ЗАРЯДОВ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ШИРОКИХ ВЫЕМОК

В горном, гидромелиоративном, дорожном, сельскохозяй­ ственном строительстве и других отраслях народного хозяйства возникает необходимость создания открытых выемок при соот­ ношении ширины выемки по верху к глубине в пределах 1:5— 1:8 и более. Получение таких выемок взрыванием одного тран­ шейного заряда практически невозможно (при соотношении 1:6 и более) или экономически нецелесообразно вследствие больших расходов ВМ. Поэтому в таких случаях применяют многорядное взрывание сближенных зарядов выброса. При этом главным требованием к взрывному способу проходки является получение ровной выемки при минимальных затратах ВМ и про­ ходческих работах. Указанному требованию могут соответство­ вать только определенные оптимальные расстояния между за­ рядами. Так, если два ряда зарядов расположены на значитель­ ном расстоянии друг от друга, то в результате взрыва образуют­ ся две отдельные выемки. При сближении зарядов перемычки между выемками будут уменьшаться и при определенном (опти­ мальном) расстоянии между зарядами выемки сольются в одну сплошную. Дальнейшее сближение зарядов приводит к незна­ чительному увеличению раствора и глубины выемки, в то время как расход ВВ на единицу объема выброса значительно повы­ шается.

Каждому значению показателя действия взрыва п соответ­ ствует определенное значение расстояния между зарядами, при котором их одновременное взрывание обеспечивает образование ровной выемки без перемычек. Расстояние между зарядами

103

рассчитывают исходя из величины линии наименьшего сопротив­ ления W и показателя выброса п. При расчете расстояния меж­ ду сосредоточенными зарядами используются зависимости

Расчетные зависимости для определения параметров взрывания сближенных траншейных зарядов выброса можно вывести по аналогии с сосредоточенными зарядами. Так как необходимым условием при образовании сплошной выемки без перемычек яв­ ляется перекрывание друг другом выемок смежных горизон­

тальных зарядов, то расстояние между зарядами a — Wyf(n). Решая приведенное выше выражение относительно показателя сближения т, получаем

Г. И. Покровский [78], рассматривая совместное действие системы удлиненных зарядов, расположенных параллельно друг другу в одной плоскости, установил, что если удлиненные заря­ ды расположены на расстояниях, не превышающих 1,57 радиуса действия заряда, то они могут рассматриваться как сплошной плоский заряд. В этом случае получается выемка с ровным дном без перемычки.

Экспериментальные взрывы, выполненные Киевским отделе­ нием ИГТМ АН УССР, проводились с целью определения опти­ мальных величин расстояния между одновременно взрываемыми удлиненными зарядами выброса, расположенными параллельно друг другу в одной плоскости. Расстояние между горизонталь­

Работы проводились в легких суглинках. В экспериментах при­ менялся один тип ВВ — прессованный тротил плотностью 1,55 г/см3\ глубина заложения заряда равнялась 0,9 и 1,2 м, по­ гонный вес составлял 4 кг/м. Результаты взрывов приведены в табл. 22. Анализ результатов экспериментов показал, что с уве­ личением расстояния между зарядами не наблюдается пропор­ ционального роста перемычек. Представление о зависимости высоты перемычек грунта hneр от относительного расстояния между зарядами и показателя действия взрыва т/п для взры­

тех же значениях п не только не происходит пропорционального роста высоты перемычки /гпер, но даже до определенного значе­ ния наблюдается некоторое ее уменьшение. Величина перемы­

104

чек незначительна и только при m /n = 0,9 превышает 0,2 W. Поскольку основным фактором, определяющим величину расстояния при смежном взрывании зарядов выброса, является получение выемок максимальной площади сечения S при мини­ мальном расходе ВВ на единицу ее объема q, то оптимальное расстояние, удовлетворяющее этому требованию, соответствует

/ — над перемычкой; 2 — по оси заложения заряда.

0,87—0,9 т/п. В этом случае высота перемычки не превышает

0,2 W .

Характерно, что с уменьшением расстояния между зарядами пропорционально увеличивается видимая глубина над перемыч­ кой Р1 по оси положения заряда Р и превышает глубину выем­ ки от взрыва одиночного заряда выброса (рис. 34, б). Видимые

Т а б л и ц а 22

Результаты взрывов параллельных горизонтальных зарядов выброса в суглинках

105

глубины аппроксимируются зависимостью P = kWti, где &=0,55 при одиночном взрывании; &=0,65—0,70 при смежном взрыва­ нии зарядов для глубины выемки над перемычкой и по оси за­ ложения заряда.

Т а б л и ц а 23

Фактические и расчетные величины относительно расстояния между зарядами

Сопоставление экспериментальных данных и расчетных ве­ личин относительного расстояния между зарядами по приве­ денным выше зависимостям показало (табл. 23), что наиболее близкое совпадение экспериментальных и расчетных значений дают формулы

Поэтому при определении расстояний между горизонтальными заря­ дами выброса целесообразно пользоваться этими формулами или, как предлагается в работе [32], более простой по форме завися-

Как отмечалось выше, при необходимости получения выемок значительной ширины и с более пологими откосами, чем это достигается при однорядном взрывании, црименяется двухряд­ ное одновременное взрывание или более сложное, многорядное с миллисекундным замедлением.

Рассмотрим опыт применения указанных схем на строитель­ стве опытного участка Каракумского канала им. Ленина, прово­ димых с целью установления рациональных схем ведения взрывных работ.

Для строительства взрывным способом было разработано и апробировано пять технологических схем получения выемок, включающих в себя взрывы одинарного, двух параллельных симметричных, двух параллельных асимметричных и трех па­ раллельных симметричных траншейных зарядов игданита и аммонита. Необходимость применения нескольких схем была

106

обусловлена разными глубиной и сечением водовода на различ­ ных участках.

Основным критерием для установления количества зарядов и оптимальных параметров их взаимного расположения в этом случае являлись запроектированные поперечные сечения участ­ ков канала, их глубина и ширина по низу и по верху. Схемы рас­

Параметры выемок при этом практически не отличались (рис. 35, в). Для выполаживания обоих бортов канала и уменьшения высоты навала грунта на поверхности у верхней бровки взрыв производился по схеме 5 (рис. 35, г ).

Траншейные заряды располагались параллельно, причем вспомогательные заряды, предназначенные для выполаживания бортов канала, были заложены на глубину 117,== (0,8-=- -т-0,85) W.

Расстояние между зарядами и погонный вес каждого из них определялись по формулам, приведенным выше. Глубина тран­ шей была принята 2,5—3,2 м, что составляет 0,5—0,6 требуемой глубины выемки. После взрыва производилась тахеометричес­ кая съемка образовавшихся выемок.

В результате взрывов получены участки канала, практически не требующие доработки по сечению. Сечения выемок, получен­ ных при различных схемах, приведены на рис. 35, а технико-эко­ номические показатели их — в табл. 24 и 25.

107

возможность создания взрывами удлиненных цилиндрических зарядов профильных сооружений с бортами любого заложения. Взрыв по схеме 3 производился одновременно со взрывами по схемам 4 и 5. Необходимо отметить хорошее сопряжение всех выемок по бортам и подошве. Как уже было сказано, схема 4 отличается от схемы 3 применением простейших дешевых ВВ. Параметры выемки и низкая стоимость 1 мг объема выемки (см. табл. 24 и 25) доказывают высокую эффективность приме­ нения игданитов.

Наибольшее сечение выемки (88 м2) было получено при взрыве трех параллельных траншейных зарядов (схема 5), два из которых — фланговые, вспомогательные — предназначались для выполаживания бортов выемки. Как видно из табл. 24, за­ ложение бортов в образованном взрывом сечении составило 1:3 при глубине выемки до 5,6 м и ширине по низу до 8 м. Основной заряд погонным весом 92 кг взрывался, как и при взрывании по схемам 3 и 4, с замедлением 100 мсек по отношению к вспо­ могательным. Это предопределило более низкий навал у верх­ ней бровки канала.

Проведенные опытно-промышленные работы показали высо­ кую эффективность и экономичность взрывного способа строи­ тельства ирригационных каналов сечением 60—100 м2 в связ­ ных грунтах при применении траншейных зарядов. Оценивая отдельные схемы, следует отметить, что схема с одинарным за­ рядом является наиболее простой в исполнении и экономичной. При использовании этой схемы можно сооружать в день до 1 км канала сечением до 70 м2 глубиной до 6 м, при наиболее низ­ кой стоимости 1 мъ земляных работ. Однако ее применение дает выемку со сравнительно крутыми бортами (откосы 1:1,5). Для получения более широких выемок ирригационных каналов, пру­

При взрывании на выброс в связных грунтах хорошо себя зарекомендовали игданиты и грубодисперсные ВВ. Применение ВВ грубодисперсных и простейшего свойства снижает стоимость взрывных работ, однако, применению исключительно игданитов. и гранулитов в описываемом опыте препятствовало недостаточ­ ное их количество на месте. Поэтому приходилось использовать, также сравнительно дорогостоящий аммонит № 6 ЖВ, приме­ нение которого не требуется для необводненных грунтов райо­ на строительств. При использовании игданита стоимость 1 мъ готовой выемки равна 0,29 руб., при использовании аммонита № 6 ЖВ — 0,59 руб.

При существующем в настоящее время способе строитель­ ства Каракумского канала землеройными машинами стоимость 1 м3 канала по прямым затратам составляет 0,33-—0,45 руб. Однако приведенные выше фактические расходы при примене­

но

нии взрывного способа строительства включают накладные рас­ ходы взрывных организаций при применении взрывного способа. Собственно прямые затраты строительных организаций (приня­ тые в расчете без учета накладных расходов) составляют не бо­ лее 20—25% общих затрат. В то же время используемая для сравнения стоимость проходки канала механическим способом не включает накладных расходов. Поэтому более точное эконо­ мическое сравнение показывает, что даже при применении тако­ го дорогостоящего взрывчатого вещества, как аммонит № 6 ЖВ, взрывной способ строительства обходится дороже механическо­ го не более чем на 10—15%, а при применении более дешевых ВВ стоимость его не превышает стоимости строительства меха­ ническим способом (при значительно более высоких темпах). Кроме того, как отмечалось выше, при взрыве горизонтального цилиндрического заряда создается зона уплотнения (в описывае­ мых экспериментах глубиной до 20 м), благодаря которой филь­ трация воды из канала уменьшается в 12—14 раз. Образован­ ная взрывом зона уплотнения может заменить запроектирован­ ную противофильтрационную одежду бортов и дна канала, что позволит получить на 1 км запроектированного в одежде канала экономию 130—230 тыс. руб. при применении в качестве ВВ ам­ монита и 360—460 тыс. руб. при использовании игданита.

Применение взрывной технологии строительства канала на участке Геок-Тепе— Небит-Даг везде, где необходимо устрой­ ство противофильтрационной одежды, может дать общую эф­ фективность 15—20 млн. руб., не считая экономии дефицитных строительных материалов, увеличения темпов строительства и связанного с этим сокращения срока введения канала в эксплуа­ тацию, высвобождения механизмов и рабочей силы, значитель­ ного облегчения условий труда.

Опыт строительства каналов промышленного сечения (64— 92 м2) взрывами на выброс удлиненных цилиндрических заря­ дов доказал практическую возможность создания этими мето­ дами каналов и других профильных сооружений (дюкеров, пру­ дов, въездных, разрезных траншей, нагорных канав) требуемых размеров в различных мягких породах.

5. ИЗМЕНЕНИЕ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ГРУНТОВОГО МАССИВА ПРИ ВЗРЫВАХ НА ВЫБРОС

Использование энергии взрыва при ведении земляных работ находит все более широкое применение в практике строитель­ ства горных выработок, подземных хранилищ, гидротехнических сооружений, при уплотнении грунта в основаниях сооружений и т. п. Особенно эффективно применение взрывов в связанных неводонасыщенных грунтах, так как возможно образование по-

111

лостей и открытых выемок, окруженных уплотненной зоной. Создание уплотненной зоны — важнейший эффект взрыва в грунте, особенно ценный в условиях строительства ирригацион­ ных каналов, поскольку она является своеобразным экраном, резко снижающим фильтрационные потери воды.

При динамическом, в том числе взрывном, нагружении уплот­ нение грунта происходит в основном в результате сжатия воз­ духа (уменьшения свободной пористости), т. е. в результате пе­ реупаковки частиц скелета с взаимным их смещением. Вслед­ ствие уменьшения свободной пористости в глинистом грунте уменьшаются размеры пор и их количество за счет объединения адсорбционных пленок, окружающих минеральные частицы, что приводит к увеличению вязкого сопротивления и уменьшению площади фильтрации, а значит, и к уменьшению скорости дви­ жения воды через уплотненный грунт. Чем больше грунт уплот­ нен, т. е. чем меньше его свободная пористость, тем меньше эта скорость. Следовательно, величина деформации определяет фильтрационную проницаемость грунтов. Проведенные исследо­ вания взрывного воздействия на грунт показали, что размеры 'зоны остаточных деформаций зависят от симметрии заряда. При взрыве сосредоточенных зарядов зона уплотнения достигает (45— 50) г3, а при удлиненных — 200 г3. Объемная деформация грун­ та вокруг очага взрыва определялась по изменению его плотно­ сти, которая измерялась с помощью радиоактивного каротажа.

Анализ полученных данных об объемных деформациях грун­ та в уплотненной зоне позволяет принять общую закономерность изменения объемных деформаций с расстоянием от данной точ­ ки до центра заряда (сферического) или до оси заряда (цилинд­ рического) в виде степенной зависимости типа

где 0 = 1 — — объемная деформация; R0— относительное рас­

стояние в радиусах заряда; Кв и ре — экспериментальные коэф­ фициенты, зависящие от грунтовых условий и характера работы продуктов детонации. Для взрывов на выброс в грунтовых усло­ виях Копетдагского распределительного канала значения коэф­ фициентов Кв и ре в формуле (11.35) составляют /(=2,09 • Ю4,

9= 2,8.

Анализ зависимостей 0(/?о) для взрывов зарядов различных симметрий камуфлетного действия и выброса (рис. 36) показы­ вает, что при взрывах на выброс относительные размеры зоны уплотнения несколько меньше, чем при взрывах зарядов каму­ флетного действия той же симметрии, однако в стенках соору­ жений развиваются предельные объемные деформации грунта, несущественно зависящие от характера работы продуктов дето­

112