Особенности уплотнения просадочных грунтов подводными и глубинными взрывами

Сущность метода уплотнения просадочных грунтов подводными и глубинными взрывами заключается в предварительном повышении замачиванием влажности уплотняемых грунтов до состояния, близкого к полному водонасыщению, и последующем одновременном взрывании соответственно в водной или грунтовой среде зарядов взрывчатого вещества (ВВ), расположенных по определенной сетке на некоторой глубине от поверхности (рис. 73), под воздействием которых происходит разрушение существующей структуры грунта и его дополнительное уплотнение.

Рис. 73. Схемы уплотнения грунтов взрывами: а — подводными; б — глубинными; 1 — обвалование котлована; 2 — уровень воды; 3 — котлован; 4 — заряды BB; 5 — скважины для взрыва BB; 6 —дренажные скважины.

При уплотнении подводными взрывами заряды ВВ взрываются в водной среде. Слой воды, расположенный ниже зарядов ВВ, выполняет роль распределительного и обеспечивает равномерную подачу 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 располагают на достаточной глубине, взрыв взрывчатого вещества происходит в массиве грунта, который одновременно служит средой для распространения и гашения взрывных воздействий.

Уплотнение подводными взрывами выполняется в котлованах с высотой столба воды 1,3—1,5 м с таким расчетом, чтобы толщина слоя воды под зарядами была не менее 1 м, а ниже — 0,3— 0,4 м. Заряды ВВ весом 0,5—1,5 кг устанавливаются по сетке через 0,6—1,2 м. В результате подводного взрыва происходит уплотнение под влиянием взрывного воздействия и собственного веса грунта с понижением уплотненной поверхности на 0,3— 0,8 м и образованием по периметру ее трещины-уступа. Максимальное значение объемной массы скелета грунта до 1,6— 1,7 т/м³ 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 составляет 1—4 м, при среднем значении объемной массы скелета 1,5—1,6 т/м³.

Уплотнение глубинными взрывами также производится в котлованах глубиной 0,3—1,0 м. Предварительное замачивание грунтов осуществляется через дренажные скважины, за счет чего снижаются время замачивания, расход воды и зона распространения ее в стороны. Заряды ВВ весом 5—12 кг устанавливают на глубинах 6—12 мм в скважинах через 4—10 м. При глубинном взрыве происходит уплотнение грунта в нижней части с понижением уплотняемой поверхности на 0,8—2,5 м и образованием по периметру ее просадочных трещин с уступами. Толщина верхнего недоуплотненного слоя обычно на 1—2 м меньше, чем при уплотнении грунтов предварительным замачиванием без взрывов.

Уплотнение подводными взрывами применяется в пределах деформируемой зоны от нагрузки фундаментов на площадках с I типом грунтовых условий, а глубинными — на площадках со II типом для устранения просадок грунтов от их собственного веса. Наибольшая эффективность достигается при уплотнении взрывами супесей и суглинков с объемной массой скелета до 1,45 т/м³ и числом пластичности до 0,12—0,15, так как в этих случаях лессовые грунты при влажности, близкой к полному водонасыщению, имеют достаточно низкую прочность, которая разрушается при взрывном воздействии. В более плотных грунтах и с большим содержанием глинистых частиц прочность оказывается достаточно высокой, которая при взрывном воздействии полностью не разрушается и при глубинных взрывах возможно образование камуфлетных полостей, незаполненных грунтом.

При уплотнении грунтов подводными и глубинными взрывами учитываются возникновение опасных зон, влияние на эффективность уплотнения степени влажности грунтов по мере снижения влажности уплотненных грунтов и другие факторы. Величины опасных зон под действием воздушной волны и колебаний грунтового массива определяются, в основном, весом одновременно взрываемого заряда и составляют 30—60 м.

Наибольшая эффективность уплотнения взрывами достигается при степени влажности грунтов 0,7—0,8, при которой прочностные характеристики снижаются до минимальных и имеется часть пор, заполненных воздухом, способствующих интенсивному уплотнению грунта в процессе и после взрыва. Однако при наличии сверху столба воды происходит неизбежное переувлажнение грунта, в связи с чем эффективность уплотнения взрывами снижается. Поэтому весьма важно на момент взрыва обеспечить степень влажности грунтов в пределах 0,7—0,8.

Так как уплотнение глубинными взрывами связано с повышением степени влажности грунтов до полного водонасыщения с последующим ее снижением до природной, то основное уплотнение (до 70—80%) происходит в момент взрыва, а 10—30% после взрыва в процессе снижения влажности грунта. Причем полная стабилизация уплотнения после взрыва и просадки поверхности грунта, как и при обычном предварительном замачивании, наступает через 0,5—1,5 года. Недостаточно полный учет этого фактора приводит к возникновению неравномерных осадок фундаментов, особенно в случаях, когда они устраиваются через различные промежутки времени после взрывов.