Файл: Вовк, А. А. Действие взрыва в грунтах.pdf

продукции. В полученной расчетным путем экономической эффективности, составляющей 50 млн. руб., реальный эконо­ мический эффект, т. е. реальная экономия, которую может по­ лучить трест «Каракумгидрострой» при условии применения на строительстве канала взрывной технологии, составит свыше 10 млн. руб.

Поскольку важнейшим преимуществом взрывного способа является сокращение продолжительности строительства, целью приведенного экономического анализа было прежде всего опре­ деление влияния на основные экономические показатели факто­ ра времени. Поэтому в расчете экономической эффективности использована неосновная формула оценки эффективности, показывающая соотношение капитальных вложений и себестои­ мости и позволяющая определить срок окупаемости дополни­ тельных капитальных вложений.

В рассматриваемом нами экономическом сравнении двух возможных вариантов строительства каналов ирригационной системы капитальные вложения по механическому способу относительно огромны. Кроме того, с целью сокращения потерь воды на фильтрацию потребуются дополнительные за­ траты на противофильтрационное покрытие, в результате чего себестоимость 1 м3 выемки будет выше, чем при взрывной тех­ нологии.

Между тем дальнейшее совершенствование взрывной техно­ логии и в результате определение оптимальной технологии про­ изводства взрывных работ обусловят возможность снизить себе­ стоимость 1 м3 выемки и довести ее до минимально возможной. Следовательно, при таком положении, когда себестоимость 1 м3 выемки по обоим вариантам по существу одинакова, а капиталь­ ные вложения по механическому способу во много раз превы­ шают капитальные вложения по взрывному способу, оценка эффективности по сроку окупаемости или коэффициенту сравни­ тельной экономической эффективности по существу неприемле­ ма, ибо в нашем случае, как уже отмечалось, важно было опре­ делить размер экономии затрат, обусловливаемых сокращением продолжительности строительства, т. е. фактором времени. Оценка влияния фактора времени позволила определить как ве­ личину реальной экономии, достигаемой на уменьшении наклад­ ных расходов и других процессах и операциях, так и размер народнохозяйственной экономической эффективности, достигае­ мой за счет лучшего использования основных производственных фондов и оборотных средств, а также за счет уменьшения объе­ ма незавершенных капитальных вложений в строительство. Эта экономическая эффективность, составляющая более 11 млн. руб., представляет, по существу, экономический потенциал народного хозяйства и, следовательно, имеет народнохозяйственное зна­

чение.

Принятая для экономического анализа методика позволила

149

Г л а в а III

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВЗРЫВЫ В ОБВОДНЕННЫХ

ИВОДОНАСЫЩЕННЫХ ГРУНТАХ

1.СОЗДАНИЕ ПРОТИВОФИЛЬТРАЦИОННЫХ ЗОН ВЗРЫВАМИ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ЗАРЯДОВ В ВОДЕ

Сцелью снижения фильтрации в каналах на существующих оросительных системах разработан эффективный метод подвод­ ного взрывания (рис. 50). Сущность метода заключается в сле­ дующем: канал заполняется водой и замачивается в течение 7—-12 дней (в зависимости от свойств грунтов) до достижения определенной влажности окружающего массива, при которой происходит максимальное уплотнение грунта. После этого на дно канала опускается горизонтальный цилиндрический заряд в водозащитной оболочке и производится взрыв.

Экспериментальные взрывы, проведенные в выемках сечени­ ем 3—6 м2, показали, что вокруг последних образуется уплотнен­

ная зона грунтов, размеры которой в дне выемки составляют 110—120 г3 и в откосах 70—80 г3. Так, при взрыве горизонталь­ ного заряда погонным весом 2 кг в выемке сечением 3 м2 мощ­ ность уплотненной зоны грунтов в дне выемки составила 2,4 м, а в стенках 1,5—1,6 м.

Измерения скорости водопоглощения в выемках до и после взрыва показали, что во взрывных выемках скорость водопогло­ щения уменьшается в 14—16 раз. Замеры водопоглощения из выемок и радиометрические измерения, проведенные в уплотнен­ ной зоне грунтов, образованной в результате подводного взрыва горизонтального цилиндрического заряда, показали, что в тече­ ние трехлетней эксплуатации выемок фильтрация воды из них практически не изменилась, а уплотненная зона грунтов не пре­ терпела существенных изменений. Результаты исследований свидетельствуют о надежности и долговечности работы противофильтрационных экранов из грунтов, уплотненных подводными взрывами.

Исследования с применением радиоактивного каротажа по­ казали, что при увеличении сечения выемки при той же величине заряда степень уплотнения грунтов в стенках канала уменьша­ ется. Поэтому, для того чтобы получить уплотненную зону требу­ емой мощности, необходимо увеличивать погонный расход взрываемого заряда. В каналах сечением 15—20 м2 применялись заряды с погонным расходом 6, 8, 10 и 12 кг. Исследования грун­ та вокруг канала после взрыва, проведенные с помощью радио­ активного каротажа и полевой грунтовой лаборатории, показа­ ли, что взрывание зарядов весом 7—8 кг/пог. м в каналах данно­

151

го сечения является наиболее целесообразным. Применение зарядов с меньшим погонным расходом не позволяет получить достаточные размеры уплотненной зоны, которая могла бы слу­ жить надежным противофильтрационным экраном. При взрыва­ нии зарядов с большим погонным расходом происходит значи­

тельное разрушение откосов канала.

В каналах, имеющих большую ширину по низу, противофильтрационный экран из уплотненных грунтов целесообразно

создавать двумя горизонтальными удлиненными зарядами, ко­ торые располагаются на дне канала параллельно друг другу (рис. 50, б).

Опытно-промышленная проверка методов создания противофильтрационных экранов в ирригационных сооружениях подвод­ ными взрывами осуществлялась на Копетдагском распредели­ тельном канале. Предварительный расчет величин взрываемых зарядов производился на основании проведенных исследований по изменению поглощения воды на участках каналов, где прово­ дились взрывы. Эти исследования показали, что уплотненная зона грунтов служит долговечным и надежным противофильтра­ ционным экраном в тех случаях, когда мощность этой зоны под дном канала и в нижней части откосов составляет 4,5—5,5 м и в средней части — 3,0—3,5 м. Фильтрация воды из канала с про­ тивофильтрационным экраном указанных размеров уменьшает­ ся в 13—15 раз. Исходя из этого найдена величина радиуса за­ ряда, необходимого для создания надежного противофильтрационного экрана вокруг канала сечением 14—18 м2 (сечение Копетдагского распределительного канала). Радиус заряда со­ ставляет 4,4—4,6 см. Так как для взрывов в воде целесообразно применять аммонит № б ЖВ, погонный расход его при радиусе 4,4—4,6 см составил 6,7—7,0 кг/пог. м.

152

Ввиду того, что грунты, в которых проходит Копетдагский распределительный канал, являются в большей части макропо­ ристыми, заряды ВВ рассчитываются не только с целью созда­ ния противофильтрационного экрана из поверхностно уплотнен­ ного грунта, а и для осуществления глубинного уплотнения и упрочнения. Расчет зарядов в этом случае ведется при условии существования предельного динамического давления Ps, необхо­ димого для разрушения минеральных связей грунта на задан­ ной глубине. Следовательно, размеры заряда нужно выбирать таким образом, чтобы напряжения на фронте взрывной волны, генерируемой при взрыве этого заряда, в пределах заданной зоны глубинного уплотнения превышали значение прочностной характеристики грунта, которая зависит от свойств грунта и по данным испытаний на установке одноосного динамического сжатия изменяется в пределах 2—4 кг/см2.

Толща замоченного грунта условно разбивается на две зоны: первая (верхняя) — водонасыщенный грунт, вторая (нижняя) —• неводонасыщенный грунт. Размеры соответствующих зон зави­ сят от продолжительности замачивания массива. Законы зату­ хания напряжений на фронте взрывной волны в этих зонах раз­ личны и принимаются по экспериментальным данным. В общем виде закон затухания напряжений имеет вид

где ki и т — экспериментальные коэффициенты; R0— относи­ тельное расстояние; i — порядковый номер зоны (от поверх­ ности).

Решая совместно выражения P(Ro) для первой и второй зон относительно оси заряда, получаем следующее выражение для радиуса горизонтального цилиндрического заряда, способного практически мгновенно разрушить связи в грунте:

(III.2)

где k — мощность зоны уплотняемого грунта; 1\ — величина зо­ ны водонасыщенного грунта.

Величина зарядов, рассчитанных по приведенной формуле, составляет 8—9 кг/пог. м.

Исходя из приведенных расчетов, для создания противо­ фильтрационного экрана вокруг данного канала и одновремен­ но для глубинного уплотнения принимаем горизонтальный ци­ линдрический заряд с расходом ВВ 8 кг/пог. м. Для более эф­ фективного использования заряда и равномерного воздействия его на стенки канала необходимо, чтобы заряд работал в усло­ виях, близких к камуфлетным. Для этого требуется, чтобы уро­ вень воды в канале составлял не меньше чем

Н = 0,75 У С Л. (III .3)

153

Первая серия экспериментов проводилась в 5 км к западу от пос. Геок-Тепе на 41-м и 42-м пикетах канала. Грунты на этом участке представлены легкими суглинками, сечение канала 16,5—18,0 м2, глубина 2,4—2,6 м. Взрыв горизонтального ци­ линдрического заряда длиной 170 м производился при полном заполнении сечения канала водой. Заряды изготавливались из аммонита № 6 ЖВ, которым заполняли полиэтиленовые оболоч­ ки. Расход ВВ составлял 10 кг/пог. м на длине 40 м и 8 кг/пог. м — на длине 130 м. После взрыва сечение канала уве­ личилось на 1,6—2,0 м2. Зона уплотнения исследовалась с помо­ щью грунтовой лаборатории и прибора ПКЗ, оборудованного пенетрометром и крыльчаткой. Результаты исследований пока­ зали, что мощность уплотненной зоны грунтов в средней части откосов канала составила 3,5—4,0 м, под дном канала и в ниж­ ней части откосов 5—6 м, т. е. она равна 70—80 г3 в средней час­ ти откосов и 100—110 г3 в дне канала.

Вторая серия экспериментов проводилась вблизи ст. Кельата на 258—260 пикетах. Грунты представлены тяжелыми суглин­ ками, обладающими просадочными свойствами (величина сум­ марной просадки достигает 24—26 см). Сечение канала состав­ ляло 16,2—17,2 м2, глубина — 2,4—2,6 м. Заряд длиной 195 м взрывался при неполном заполнении водой сечения канала. Высота уровня воды при взрыве составляла 0,8—1,1 м. Расход ВВ 8 кг/пог. м по длине 165 м и 6,5 кг/пог. м по длине 30 м, ввиду того что сечение канала на этом участке составляло 15—16 м2. После взрыва сечение канала увеличилось на 0,8—1,2 м2, и на расстоянии 2—3 м от бровки откосов образовались продольные трещины. Основная причина возникновения трещин — просадка грунтов под действием энергии взрыва. Преимуществом этого метода является то, что уплотненная зона, формирующаяся при взрыве, распространяется на большую глубину в массиве и дол­ го сохраняет свои экранирующие свойства без существенного изменения.

Выполненные работы показали, что разработанная техноло­ гия создания противофильтрационных экранов в связных грун­ тах, уплотненных подводными взрывами, является достаточно простой и может применяться в промышленных масштабах.

Как установлено, в массиве грунта под действием взрыва образуется переменное поле напряжений, следствием которого является деформирование грунта (объемное сжатие и формо­ изменение). Характер зоны деформации определяется величиной заряда, его симметрией и исходными физико-механическими по­ казателями грунтов. Деформация грунта в зоне уплотнения за­ тухает с удалением от очага взрыва по степенному закону. В свя­ зи с этим физико-механические свойства массива уплотненного взрывом грунта не остаются постоянными, а изменяются в соот­ ветствии с распределением деформаций. Поскольку измерить деформацию грунта непосредственно в массиве чрезвычайно

154