Файл: Кушнарев Д.М. Использование энергии взрыва в строительстве.pdf

Г Л А В А V

ВЗРЫВНАЯ КОЛЬМАТАЦИЯ ГРУНТОВ (УПРОЧНЕНИЕ ГРУНТОВ ГИДРОВЗРЫВОМ)

1. ФИЗИЧЕСКАЯ СУЩНОСТЬ ВЗРЫВНОЙ КОЛЬМАТАЦИИ

Разнообразие физико-механических свойств грунтов и гидроіеологических условий их залегания, а также особенности того или иного сооружения обусловливают необходимость примене­ ния наиболее эффективного способа укрепления грунтов.

Существующие способы укрепления грунтов условно подраз­ деляются на две группы: механические (уплотнение катками, бетонирование, гндровибрирование, торкретирование и т.д.) и физико-химические (солонцевание, гидрофобизация и т. д.).

В последние годы как в СССР, так и за рубежом довольно в большом масштабе проводятся исследования применения энер­ гии взрыва для уплотнения несвязных и малосвязных грунтов. Хорошие результаты получены при уплотнении поверхностных и глубинных слоев грунтов взрывами при строительстве плотин. Применение взрывного способа может обеспечить увеличение от­ носительной плотности несвязных грунтов до 70—85%. Однако при взрыве сконцентрированных зарядов ВВ при малом радиусе их действия уплотняется небольшой массив грунта по площади и по глубине. Для уплотнения более обширной площади приходит­ ся применять большое количество точечных зарядов, перекрыва­ ющих каждый свою зону уплотнения, вследствие чего усложня­ ется технология производства взрывных работ, снижаются проч­ ностные свойства грунтов, увеличиваются затраты времени на размещение зарядов и т. д.

Отдел гражданского строительства при Сиракузском универ­ ситете несколько лет назад начал разработку взрывного метода упрочнения грунта с применением вспененного топлива. Боль­ шую площадь обрабатываемого грунта покрывают слоем пенис­ того вещества, которое взрывают с целью уплотнения. Указан­ ное ВВ содержит: гидразин, перхлорат аммония и пенящий агент (пенящаяся жидкость на основе гидролизованного про­ теина). Кроме того, добавляют стабилизатор пены для увеличе­ ния срока его годности. Применение указанного метода весьма сложно и требует больших затрат средств.

В последнее время автором предложен новый метод укреп­ ления грунтов гидровзрывом с применением различных цемен­ тирующих, цементно-грунтовых и гидрофобных вяжущих соста­ вов1 . Указанный метод можно отнести к особой промежуточной

1 Авторское свидетельство № 199731 от 16/Ѵ 1967 г.

группе, так как он сочетает в себе механические (взрывное инъе­ цирование мелкодисперсных частиц в поровые каналы) и физи­ ко-химические (укрепление частиц в поровых каналах) способы закрепления малосвязных грунтов.

Простота указанного метода, малая трудоемкость и исполь­ зование несложного оборудования позволяют применять его в любых производственных условиях.

Как показали многочисленные эксперименты в лабораторных и полевых условиях, при гидровзрывном укреплении малосвяз­ ных грунтов улучшаются их физико-механические свойства при

взрывного способа улучшения динамических свойств грунтов автором разработана методика проведения исследований.

Рабочая программа этих исследований включает вопросы определения энергетических, физико-механических и фильтра­

канала после взрыва крупных частиц содержится гораздо мень­

способность ложа выемки начинает восстанавливаться. До уда­ ления обратно упавшего грунта скорость фильтрации составля­

личия слоя обратно упавшего и нарушенного взрывом грунта, а также частично уплотненного слоя.

Исследованиями, проведенными автором в полевых и лабо­ раторных условиях на Курской опытно-мелиоративной станции ВНИИГиМ и на землях совхоза «Путь Ильича» (Подольский район Московской области), установлено, что скорость впитыва­ ния в первый период после заполнения выемки водой уменьша­ ется вследствие усиленного заиливания крупных пор илистыми частицами из слоя обратно упавшего грунта, находящегося под

146

действием статического давления столба воды. Затем токи во­ ды, перемещаясь поступательно вместе с мельчайшими части­

Рис. 61. Схема распределения частиц грунта в выемке под действием взрыва подвесного микрозаряда в воде

зарядов в наполненных жидкостью выемках. Новый метод сни­ жения потерь воды на фильтрацию характеризуется простотой применения, наименьшими затратами труда, времени и средств. Примерно в 5—6 раз по сравнению с другими способами сни­ жается стоимость работ по предотвращению фильтрации.

Способ упрочнения грунтов и снижения их водопроницаемо­ сти взрывами микрозарядов в жидкой среде назван взрывной кольматацией.

В отличие от естественной кольматации, когда происходит медленное заиливание только поверхности грунта наносами или илистыми осадками под действием сил собственного веса и стол­ ба воды, взрывная кольматация пор и трещин основана на дей­ ствии ударных волн в жидкой среде. При этом мелкодисперсные смоченные частицы инъецируются в глубокие слои грунта и за­ купоривают поровые каналы и трещины, создавая тем самым мощный упрочненный и антифильтрующий слой грунта.

Способ взрывной кольматации мелкодисперсных частиц в по­ ры грунта применяется при цементации поровых каналов путем взрыва небольших зарядов в жидких скрепляющих веществах.

2. ОБЩИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ УДАРНЫХ ВОЛН В ПОРИСТЫХ СРЕДАХ

При распространении энергии взрыва в окружающей среде об­ разуются поверхности, на которых скачкообразно изменяются гидродинамические параметры (давление, плотность, темпера­ тура, скорость движения частиц) по времени п расстоянию. Та­ кие поверхности называются поверхностями сильного и слабого разрыва. Если на поверхности сильного разрыва скачкообразно изменяются давление и нормальная составляющая вектора ско­ рости потока, то такая поверхность называется нестационарной поверхностью сильного разрыва пли фронтом ударной волны. Если же скачкообразно изменяются плотность и температура, то поверхность называется стационарной поверхностью сильного разрыва. Поверхность, отделяющая продукты взрыва от окружа­ ющей среды, называется поверхностью газового пузыря.

Основная задача теории гидровзрыва — изучение неустано­ вившегося движения жидкости между двумя краевыми поверх­

энтропия) характеризуется выполнением любого из следующих соотношений (для идеального газа) :

Гр1 * = const; рр k = const. (V . l) Эти соотношения известны под названием адиабаты Пуассона. Здесь k = а для двухатомных газов /е=1,4. Аналогично

соотношениям (V.1) условие адиабатичности для воды записы­ вается в виде:

идеальном газе. Рассмотрим, какие условия выполняются па поверхности взрыва F. Пусть уравнение этой поверхности будет иметь вид:

F(x, у, г, 1) = 0. (Ѵ.З)

148

Эта поверхность делит пространство на две области: с одной

движения поверхности разрыва относительно жидкости, движу­ щейся перед или за фронтом разрыва, равна:

стны гидродинамические параметры невозмущенной среды (р+, ѵ+, р+), то достаточно задать один любой элемент на поверхно­ сти разрыва, как остальные однозначно определятся.

Обозначим местную скорость звука

Скорость перемещения ударной волны N всегда больше ско­ рости звука перед фронтом, но разность скорости перемещения волны и скорости частиц всегда меньше, чем скорость звука за фронтом, ІѴ<а_+и,і_. Следовательно, малые возмущения в жидкости, распространяющиеся с местной скоростью звука, мо­ гут догнать фронт ударной волны, но не могут его обогнать.

149