ПИРОТЕХНИЧЕСКИЙ СПОСОБ ЗАКРЕПЛЕНИЯ ПОДПОЧВЫ С НИЗКОЙ НЕСУЩЕЙ СПОСОБНОСТЬЮ Российский патент 2009 года по МПК E02D3/10 

Предметом настоящего изобретения является пиротехнический способ закрепления подпочвы с низкой несущей способностью (такие почвы называют также слабыми). Данный способ применим в строительстве гражданских зданий, портовых сооружений, автострад, дорог, аэропортов, железнодорожных линий и пр.

При реализации подобных пиротехнических способов используется энергия ударных волн, возникающих при взрыве зарядов. Так, например, раскрытый в патенте Польши №151405 способ уплотнения насыщенной несвязной почвы заключается в использовании зарядов, длина которых составляет, по меньшей мере, четвертую часть толщины подлежащего уплотнению почвенного слоя, а масса g=k×Н^1/2 кг/погонный метр, где Н - толщина уплотняемого почвенного слоя, a k - эмпирический коэффициент, зависящий от гранулометрического состава и компактности почвы, который выбирают в пределах от 0,3 до 1,0 кг/м². Заряды закладывают в нетабулированные взрывные скважины (шпуры) с образованием, по меньшей мере, трех параллельных слоев. В каждом из слоев заряды размещают в вершинах сетки равносторонних треугольников. Длина сторон этих треугольников равна четверти радиуса эффективного действия ударной волны. Слои располагают таким образом, чтобы вершины треугольников одного слоя были сдвинуты по отношению к вершинам треугольников следующего слоя на половину длины стороны треугольника. Расстояние между слоями выбирают таким, чтобы концы зарядов одного слоя находились на плоскости, которая делит пополам по длине заряды следующего слоя. Скважины, диаметры которых могут меняться в пределах от 15 до 30 см, пробуривают с использованием бентонитовой суспензии. Рекомендованный диаметр зарядов - 5-6 см.

В патенте Польши №145208 описан еще один способ уплотнения связной почвы, находящейся под слоем насыщенной несвязной почвы. Здесь используются три последовательно взрываемых серии зарядов. Первую серию продолговатых зарядов закладывают в выполненные в связной почве скважины, которые должны доходить до несущего грунта. Заряды размещают с одинаковыми интервалами, равными четырехкратному радиусу эффективного ударного импульса от взрыва зарядов, причем эти интервалы зависят от массы содержащегося в зарядах взрывчатого вещества. Для последующих серий взрывов применяют иное размещение зарядов.

В процессе выполнения строительных работ чрезвычайно важно, чтобы непосредственно за закреплением подпочвы следовали операции по уплотнению почвы. При такой технологии благодаря осадке грунта, происходящей в ходе строительных работ, будет предотвращаться дальнейшая осадка, обуславливаемая рабочими нагрузками, которые могут превышать допустимые пределы.

В данном изобретении предложен пиротехнический способ закрепления почвы, отличающийся тем, что используют взрывные скважины диаметром от 0,02 до 1,5 м и глубиной до 50 м, пробуриваемые с использованием струи воды либо шламовой или глинистой суспензии, разнесенные на расстояние от 3 до 25 м, причем указанное расстояние обратно пропорционально толщине подлежащего закреплению слоя почвы. Заряды, совокупная длина которых не должна превышать толщину подлежащего закреплению слоя, состоят из нескольких небольших элементарных зарядов, разнесенных друг от друга на расстояние от 1 до 10 м по глубине взрывной скважины. Нижний конец каждого заряда фиксируют стержнем, диаметр которого больше диаметра взрывной скважины. Элементарные заряды поджигают последовательно от самого верхнего до самого нижнего с задержкой от 0,05 до 10 миллисекунд. Последовательность взрывания начинают с одной из сторон участка почвы, подлежащего закреплению. Заряды поджигают по отдельности или небольшими группами с определенными интервалами во времени.

В результате поджига зарядов происходит линейное распространение процесса закрепления почвы по всему подлежащему закреплению участку.

После каждого взрыва вертикальные скважины заполняют рыхлым грунтом под действием силы тяжести вручную или с использованием механических средств, образуя отдельные кучки. Во время поджига соседних зарядов эти кучки действуют в качестве вертикальных стоков, по которым может вытекать вода. Под действием последующих взрывов происходит закрепление насыщенной почвы в кучках.

При работе со связным нерыхлым грунтом типа торфянистого рекомендуется, чтобы перед бурением взрывных скважин на подлежащий закреплению участок был нанесен слой рыхлого грунта, а еще лучше песка. Толщина этого слоя должна находиться в пределах от 0,5 до 20 м. В некоторых геодезических условиях целесообразно использовать более толстый 20-метровый слой, что бывает, например, в случае выполнения работ по закреплению с насыпи наподобие заиленного причала. При возведении портовых сооружений толщина осадочного слоя часто оказывается больше 20 м. После выполнения взрывов несвязный песок или почва заполняет скважины, которые действуют впоследствии в качестве вертикальных стоков.

Рекомендуется также, чтобы элементарные заряды были зафиксированы в вертикальном направлении с помощью распорных стержней из дерева, пластика или металла.

Заявленный способ позволяет получить уплотненную подпочву со структурой, обеспечивающей возможность быстрой консолидации со степенью сжатия Sk>0,9, при этом можно гарантировать, что осадка в процессе эксплуатации будет меньше максимально допустимых значений, установленных строительными нормами.

Сущность изобретения станет более понятной в ходе рассмотрения двух нижеследующих примеров проектов по закреплению подпочвы.

Пример 1

В ходе строительства подхода к новому мосту через реку производили закрепление подпочвы, состоящей из торфа и отложений, со степенью пластичности I_L от 0,60 до 0,80. Толщина подлежащей закреплению подпочвы лежала в пределах от 6 до 16 м, при этом кровля слоя слабой почвы начиналась на уровне 1 м под поверхностью земли, а его подошва находилась на глубине до 16 м ниже кровли. Перед проведением закрепительных работ участок покрыли слоем насыпного песка с целью облегчения перемещения машин и обеспечения свободного заполнения взрывных скважин. Благодаря этому была снижена потребность в бульдозерах или рабочей силе для заполнения вручную. Бурение взрывных скважин диаметром от 0,05 до 0,25 м вплоть до подошвы подлежащего закреплению слоя производили с помощью самоходной бурильной машины. При бурении скважин использовали воду без применения бурового раствора. Расстояние между взрывными скважинами, пробуриваемыми в точках пересечения сетки квадратов, выбирали в зависимости от глубины скважины. Так, при толщине подлежащего закреплению слоя почвы от 13 до 16 м сторона квадрата R составляла 4 м; при толщине слоя от 9 до 13 м она была равна 6 м; при толщине от 6 до 9 м - 6 м. Диаметр элементарных зарядов колебался от 2,5 до 10 см, а расстояние между ними, определяемое деревянными распорными стержнями, было менее 2 м. Суммарный вес содержащегося в одном заряде динамита или динаммонита не превышал 4,0 кг. Поджиг производили в рамках одной серии взрывов. Элементарные заряды поджигали последовательно, начиная с самого верхнего и заканчивая самым нижним, с задержкой от 0,05 до 5 миллисекунд. Нижний конец каждого заряда фиксировали с помощью деревянного стержня с диаметром больше диаметра взрывной скважины, что позволило удерживать взрыв внутри скважины. Заряды поджигали один за другим, начиная с одной из сторон закрепляемого участка подпочвы. Закрепление слоя подпочвы явилось результатом наложения друг на друга отдельных процессов стабилизации с интервалами между зарядами, равными 0,75×R. Через четыре с половиной месяца после закрепления была достигнута степень сжатия почвы Sk=0,92.

Пример 2

В ходе сооружения автострады производили закрепление подпочвы, состоящей из слабой пылевидной глины, отложений и слабого мелкозернистого песка со степенью пластичности I_L от 0,55 до 0,85 и степенью сжатия I_D от 0,25 до 0,40. Толщина подлежащего закреплению слоя подпочвы лежала в пределах от 5 до 6 м. Кровля слоя слабой почвы находилась на уровне 1-1,5 м под поверхностью земли, а его подошва - примерно на 5-6 м глубже. Диаметр зарядов лежал в диапазоне от 1,5 до 5 см, а их длина равнялась толщине закрепляемой подпочвы. Взрывные скважины бурили с помощью стальных бурильных штанг. Суммарный вес содержащегося в одном заряде динамита, динаммонита или аммонита не превышал 2,5 кг. Каждый заряд поджигали таким образом, чтобы верхний элементарный заряд имел запал с задержкой в 1 миллисекунду, средний заряд с задержкой в 3 миллисекунды и нижний с задержкой в 0,5 миллисекунды. Заряды были разнесены на расстояние R=5 м в виде сетки равносторонних треугольников. Было сделано допущение, что закрепляемый участок подпочвы простирался на 0,6R от оси заряда. Заряды поджигали один за другим. Через двадцать одни сутки после закрепления подпочвы средняя осадка грунта составила 0,27 см. Более поздние измерения подтвердили эффективность данного способа: осадка подпочвы была меньше величины, допускаемой строительными стандартами.

Пиротехнический способ закрепления подпочвы с низкой несущей способностью состоит в следующем: определяют параметры подлежащего закреплению слоя почвы, бурят нетабулированные вертикальные взрывные скважины в точках пересечения сетки квадратов или равносторонних треугольников, выбирают, подготавливают и поджигают продолговатые заряды, и отличается тем, что бурят взрывные скважины диаметром от 0,02 до 1,5 м и глубиной до 50 м с использованием струи воды либо шламовой или глинистой суспензии, причем взрывные скважины разнесены на расстояние от 3 до 25 м, причем расстояние обратно пропорционально толщине подлежащего закреплению слоя почвы. Заряды, совокупная длина которых не должна превышать толщину подлежащего закреплению слоя, состоят из нескольких небольших элементарных зарядов, разнесенных на расстояние от 1 до 10 м по глубине взрывной скважины. Нижний конец каждого заряда фиксируют стержнем, диаметр которого больше диаметра взрывной скважины. Элементарные заряды поджигают последовательно от самого верхнего до самого нижнего с задержкой от 0,05 до 10 миллисекунд в одной серии начиная с одной из сторон подлежащего закреплению участка почвы, причем их последовательный поджиг выполняют по отдельности или небольшими группами с определенными задержками по времени. Перед бурением взрывных скважин на подлежащий закреплению участок наносят слой рыхлого грунта толщиной от 0,5 до 20 м. Рыхлый грунт заполняет взрывные скважины после проведения взрывов. Элементарные заряды закрепляют в вертикальном направлении во взрывных скважинах с помощью распорных стержней из дерева, пластика или металла. 2 з.п. ф-лы.

1. Пиротехнический способ закрепления подпочвы с низкой несущей способностью, в котором: определяют параметры подлежащего закреплению слоя почвы, бурят нетабулированные вертикальные взрывные скважины в точках пересечения сетки квадратов или равносторонних треугольников, выбирают, подготавливают и поджигают продолговатые заряды, отличающийся тем, что бурят взрывные скважины диаметром от 0,02 до 1,5 м и глубиной до 50 м с использованием струи воды либо шламовой или глинистой суспензии, причем взрывные скважины разнесены на расстояние от 3 до 25 м, причем расстояние обратно пропорционально толщине подлежащего закреплению слоя почвы, причем заряды, совокупная длина которых не должна превышать толщину подлежащего закреплению слоя, состоят из нескольких небольших элементарных зарядов, разнесенных на расстояние от 1 до 10 м по глубине взрывной скважины, причем нижний конец каждого заряда фиксируют стержнем, диаметр которого больше диаметра взрывной скважины, элементарные заряды поджигают последовательно от самого верхнего до самого нижнего с задержкой от 0,05 до 10 мс в одной серии, начиная с одной из сторон подлежащего закреплению участка почвы, причем их последовательный поджиг выполняют по отдельности или небольшими группами с определенными задержками по времени.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что перед бурением взрывных скважин на подлежащий закреплению участок наносят слой рыхлого грунта толщиной от 0,5 до 20 м, которым заполняются взрывные скважины после проведения взрывов.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что элементарные заряды закрепляют в вертикальном направлении во взрывных скважинах с помощью распорных стержней из дерева, пластика или металла.