Przedmiotem wynalazku jest sposób konsolidacji gruntu spoistego zalegajacego ponad grun¬ tem nosnym i ponizej warstwy nawodnionego gruntu niespoistego.Znane sa mechaniczne i pirotechniczne metody konsolidacji gruntów o niskiej wytrzymalosci.Ponizej opisano metody pali zwirowych, metode ubijania dynamicznego, oraz metode piro¬ techniczna.Wykonywanie pali zwirowych np. metoda wibroflotacji, polega na wplukiwaniu do gruntu wibroflotu tzn. pionowej, cylindrycznej rury z umieszczonym na koncu wahliwie obciazeniem napedzanym mimosrodem za pomoca silnika elektrycznego. W wyniku powolnego wsuwania i wysuwania drgajacego wibroflotu, w gruncie tworzy sie lej, do którego po wyciagnieciu wibroflotu dosypuje sie zwir, tluczen lub kamien i prowadzi sie ponownie wibroflotacje. Punkty zageszczania metoda wibroflotacji lokalizuje sie na wierzcholkach trójkatów równobocznych o boku 1,5 do 2,1 m, przy czym dlugosc boku trójkata jest czynnikiem decydujacym o równomiernosci zage¬ szczania. Metode wibroflotacji stosuje sie do zageszczania warstw gruntu spoistego lub przewar- stwionego do glebokosci 8 do 12 m. Pale zwirowe moga byc równiez wykonywane za pomoca cylindrycznej rury wprowadzanej do gruntu, wypelnianej zwirem i usuwanej z gruntu.Metoda ubijania dynamicznego, zwana tez metoda Menarda, polega na ubijaniu gruntu poprzez swobodne zrzucenie ciezaru w granicach 80-400 kN z wysokosci od 6 do 30 metrów.Podstawa mlota ma ksztalt pólkolisty lub owalny, ajej przekrój wynosi od 1 do 2 m2. Pod wplywem energii uderzenia nastepuje zageszczenie gruntu. Metoda ta wymaga jednak specjalistycznego sprzetu. Punkty ubijania lokalizuje sie w terenie na wierzcholkach trójkatów równobocznych o boku ok. 3 m. Metoda daje dobre rezultaty do glebokosci 12 - 15 m.Metoda pirotechniczna (wybuchowa) pozwala na zageszczanie gruntów podwodnych i lado¬ wych. Wedlug polskiego opisu patentowego nr 89391, konsolidacje gruntów podwodnych prowa¬ dzi sie poprzez umieszczenie w srodowisku wodnym, ponad gruntem podlegajacym konsolidacji, skupionych ladunków wybuchowych, przy czym ladunki zawieszone sa pod plywakami i obcia-2 145 208 zone obciaznikami kotwiacymi, za pomoca systemu linek. Ladunki rozmieszcza sie w odpowied¬ nich od siebie odleglosciach i odpala sieje. Wedluginnego rozwiazania, opisanego w polskim opisie zgloszeniowym nrP-171 133, opublikowanym w Biuletynie Urzedu Patentowego nr 12/1975 r., metoda konsolidacji gruntów spoistych polega na dokonaniu eksplozji wydluzonego, umieszczo¬ nego w gruncie, ladunku wybuchowego. Wynikiem eksplozji takiego ladunku jest zageszczenie gruntu. W warstwie gruntu niespoistego, ponad gruntem spoistym, umieszcza sie ladunek wybu¬ chowy skupiony, którego wybuch powoduje powstanie pala - drenu piaskowego.W warunkach, gdy zalegajaca na gruncie nosnym warstwa gruntu spoistego w postaci nawod¬ nionych, miekkoplastycznych namulów jest przykryta warstwa nawodnionego piasku, stosowanie znanych metod konsolidacji gruntów napotyka trudnosci. Utrudnione jest wówczas manewrowa¬ nie ciezkim sprzetem, jak równiez znaczne glebokosci, dochodzace do kilkudziesieciu metrów, do jakich miejscami siega warstwa gruntu spoistego, powoduja trudnosci natury technicznej przy prowadzeniu konsolidacji znanymi metodami.Celem wynalazkujest opracowanie skutecznej i szybkiej w realizacji metody konsolidacji tego typu gruntów.Wedlug wynalazku, sposób konsolidacji gruntu spoistego, zalegajacego pod warstwa nawod¬ nionego gruntu niespoistego, metoda wybuchowa polega na odpalaniu umieszczonych w gruncie ladunków wybuchowych wydluzonych i skupionych. Ladunki wybuchowe, wykonane z materialu wybuchowego wodoodpornego, kruszacego, odpala sie w trzech seriach. Pierwsza serie, w postaci ladunków wybuchowych wydluzonych, umieszcza sie w gruncie spoistym, w otworach siegajacych do gruntu nosnego, wykonanych znanym sposobem. Ladunki te rozmieszcza sie w jednakowych od siebie odleglosciach. Korzystnie, odleglosci te równe sa czterokrotnemu promieniowi efektywnego dzialania ladunków. Promien dzialania ladunków zalezy od masy ladunku oraz od wlasnosci gruntu. Ladunki odpala sie kolejno lub rzedami. Z kolei, w srodkach poletek, /np. kwadratów lub trójkatów/, których wierzcholkami sa miejsca odpalenia sasiadujacych ladunków pierwszej serii, wykonuje sie znanym sposobem otwory siegajace do gruntu nosnego, w których umieszcza sie ladunki wybuchowe wydluzone drugiej serii. Ladunki te odpala sie nastepnie kolejno lub rzedami.Po odpaleniu ladunków wybuchowych wydluzonych drugiej serii, w gruncie niespoistym wykonuje sie znanym sposobem otwory i umieszcza sie w nich ladunki wybuchowe skupione trzeciej serii.Otwory dla ladunków wybuchowych skupionych trzeciej serii wykonuje sie w srodkach odleglosci pomiedzy miejscami odpalenia ladunków wybuchowych wydluzonych pierwszej i/lub drugiej serii.Ladunki wybuchowe skupione trzeciej serii umieszcza sie w gruncie niespoistym co najmniej jeden metr ponad poziomem gruntu spoistego, po czym odpala sieje. Ladunki wydluzone pierwszej i drugiej serii maja dlugosc korzystnie nie mniejsza niz grubosc warstwy gruntu spoistego. Ladunki wydluzone, zarówno pierwszej jak i drugiej serii, umieszcza sie w odleglosciach 10-40 m, korzystnie 20 m jeden od drugiego. Ladunki umieszcza sie w gruncie spoistym tak, ze jeden ich koniec jest zaglebiony co najmniej 0,5 m w gruncie nosnym, a drugi koniec co najmniej 1,5 m w warstwie nawodnionego gruntu niespoistego. Ladunki wybuchowe wydluzone mozna równiez odpalac czesciami, odpalajac najpierw ladunek o dlugosci równej np. 1/3 podstawowej dlugosci ladunku wydluzonego, umieszczajac go tak, by byl zaglebiony 0,5 m w gruncie nosnym. Nastepnie na tym samym miejscu wykonuje sie drugi, plytszy otwór, umieszcza sie w gruncie spoistym kolejny ladunek o dlugosci np. 1/3 podstawowej dlugosci ladunku wydluzonego i odpala sie go. Z kolei wykonuje sie na tym samym miejscu najplytszy otwór i umieszcza sie w nim taki sam ladunek, tak aby byl on zaglebiony min. 1,5 m w gruncie niespoistym, i odpala sie go. W ten sposób mozna przeprowadzic konsolidacje gruntu etapami. W przypadku istnienia w gruncie niespoistym socze¬ wek gruntu spoistego, wydluzone ladunki wybuchowe moga siegac od 0,5 m ponizej poziomu gruntu nosnego do 3-4 m ponizej poziomu gruntu niespoistego. Ladunki wybuchowe wydluzone pierwszej i drugiej serii odpala sie kolejno, rozpoczynajac od przeciwleglych kranców obszaru poddawanego konsolidacji w kierunku ku jego srodkowi. Ladunki wybuchowe skupione trzeciej serii odpala sie grupami, co najmniej po cztery sasiadujace ladunki tworzace zamkniete poletko.Odpalanie grup ladunków trzeciej serii prowadzi sie, rozpoczynajac od srodka obszaru poddawa¬ nego konsolidacji w kierunku jego przeciwleglych kranców.Sposób wedlug wynalazku pozwala uzyskac jednoczesnie dwojaki efekt. W wyniku eksplozji wydluzonego ladunku wybuchowego zaglebionego w grunt nosny z jednej strony i w grunt145 208 3 niespoisty z drugiej strony, nastepuje zjawisko naruszenia struktury nawodnionej warstwy gruntu spoistego. Ten sam wybuch powoduje uformowanie sie pala - drenu z materialu tworzacego warstwe gruntu niespoistego.Eksplozja wydluzonego ladunku wybuchowego w gruncie spoistym formuje otwór, którego srednica jest zalezna od masy ladunku i podatnosci gruntu na wybuch. Równoczesnie fala uderze¬ niowa wybuchu powoduje powstanie dodatkowego trójosiowego stanu naprezenia w szkielecie gruntowym oraz nadcisnienia w wodzie wypelniajacej pory tego gruntu. Jezeli wartosc tego dodatkowego naprezenia bedzie wieksza od wartosci oporu wynikajacej z sil tarcia i spójnosci gruntu, nastapi przemieszczenie czastek gruntu i utworzenie nowej, bardziej zwartej struktury gruntu. Jednoczesnie woda znajdujaca sie w porach gruntu przejmuje prawie caly przyrost cisnie¬ nia spowodowanego wybuchem i przemieszczeniem czastek gruntu, co z kolei powoduje wyciska¬ niejej nadmiaru. Zjawiska te wywoluja proces konsolidacji gruntu, którego czas trwaniajest scisle zwiazany z droga filtracji wody znajdujacej sie w porach gruntu. Wybuch ladunku wydluzonego tworzy w gruncie spoistym ciagly otwór o duzej srednicy oraz wywoluje w strefie dzialania wybuchu przyrost naprezenia i cisnienia w porach gruntu. Wybuch powoduje stan krótkotrwalego rozrze¬ dzenia materialu stanowiacego warstwe gruntu niespoistego oraz wplyniecie czesci tego materialu do uformowanego w gruncie spoistym otworu. Uformowany w ten sposób pal tworzy dren pionowy, a zalegajace warstwy gruntu niespoistego tworza filtry poziome do odprowadzenia wody wypartej w czasie konsolidacji gruntu. Wykonanie w opisany sposób operacji strzelania wydluzo¬ nymi ladunkami wybuchowymi w dwóch seriach pozwala na uzyskanie równomiernego wzrostu wytrzymalosci gruntu spoistego.Wykonanie trzeciej serii wybuchów ladunkami skupionymi w gruncie niespoistym wywoluje dodatkowe dynamiczne obciazenie warstwy gruntu spoistego, powodujac wyplyw dodatkowych ilosci wody poprzez utworzone pale-dreny i nastepnie zageszczenie gruntu. Prowadzenie wybu¬ chów wydluzonych ladunków pierwszej i drugiej serii, od przeciwleglych kranców obszaru podda¬ wanego konsolidacji do jego srodka, powoduje, ze w srodku obszaru uzyskuje sie grunt spoisty o stosunkowo najwyzszym stopniu konsolidacji. Wybuchy ladunków skupionych trzeciej serii pro¬ wadzi sie grupami tworzacymi zamkniete poletka /np. kwadrat lub trójkat/. W wyniku otrzymuje sie równomierne rozlozenie obciazenia dynamicznego. Wybuchy grup ladunków skupionych trzeciej serii prowadzi sie, postepujac od srodka obszaru poddawanego konsolidacji do jego przeciwleglych kranców. Dzieki temu uzyskuje sie równomierny stopien konsolidacji gruntu na calym obszarze. Metoda pozwala na wykonawstwo pojedynczego strzalu etapami, w zlozonych warunkach (bliskosc urzadzen lub budynków), co zmniejsza niebezpieczenstwo ewentualnego uszkodzenia tych obiektów. Metoda pozwala na konsolidacje warstw gruntu o duzej miazszosci.Podwójny efekt: konsolidacji i wytworzenia pali-drenów, uzyskuje sie w bardzo krótkim czasie.Takiego rezultatu nie zapewnia zadna ze znanych metod konsolidacji.Sposób konsolidacji wedlug wynalazku przedstawiono w opisanym ponizej przykladzie wykonania.Warstwa gruntu spoistego skladajaca sie z nawodnionych, miekkoplastycznych namulów o miazszosci 5 m, zalega nad gruntem nosnym piaszczystym i pokryta jest warstwa nawodnionego piasku o miazszosci 10 m. Wskaznik plastycznosci namulów wynosi Ii_/h/ = 0,53, wskaznik zage¬ szczenia nawodnionego piasku wynosi Id = 0,4. W gruncie wykonano pionowe otwory o glebo¬ kosci 16 m i srednicy 143 mm. Otwory usytuowano w wierzcholkach przyleglych, nieprzesunietych wzgledem siebie kwadratów o boku 20 m. W otworach umieszczano wydluzone ladunki wybu¬ chowe pierwszej serii. Pojedynczy ladunek pierwszej serii ma dlugosc 7 m i mase 15 kg. Wykonano go w postaci rekawa z tkaniny, wypelnionego sypkim trotylem. Nastepnie odpalano kolejno ladunki pierwszej serii, rozpoczynajac od przeciwleglych kranców obszaru poddawanego konsoli¬ dacji i postepujac ku srodkowi tego obszaru. Po odpaleniu wszystkich ladunków pierwszej serii, w srodkach kwadratów, których wierzcholki stanowia miejsca odpalenia ladunków wydluzonych pierwszej serii, wykonano otwory dla drugiej serii, równiez o glebokosci 16 m i srednicy 143 mm. W otworach umieszczano i kolejno odpalano wydluzone ladunki wybuchowe drugiej serii, przy czym ladunki drugiej serii mialy wymiary i sklad analogiczny jak w pierwszej serii. Kolejnosc odpalania wydluzonych ladunków wybuchowych drugiej serii przebiega tak jak w pierwszej serii, poczawszy4 145 208 od przeciwleglych kranców, do srodka obszaru poddawanego konsolidacji. Po zakonczeniu odpa¬ lania drugiej serii wydluzonych ladunków wybuchowych, wykonano, w polowie odleglosci pomie¬ dzy miejscami odpalenia ladunków pierwszej serii, otwory o glebokosci 9,0 m i srednicy 143 mm.Do szesciu otworów usytuowanych w wierzcholkach przyleglych i nieprzesunietych wzgledem siebie dwóch kwadratów, zalozono ladunki skupione o masie 5 kg wykonane w postaci worków z tkaniny wypelnionych sypkim trotylem i odpalono je jednoczesnie. Sasiadujace grupy ladunków skupionych (po szesc sztuk), odpalano kolejno rozpoczynajac od srodka do przeciwleglych kran¬ ców obszaru poddawanego konsolidacji. Po uplywie 24 godzin od zakonczenia trzeciej serii wybuchów dokonano pomiarów wlasnosci gruntu. Stopien konsolidacji gruntu spoistego /namuly/ wyniósl 8%. Stopien zageszczenia warstwy gruntu niespoistego /piaski/ wzrósl o 0,45 i wyniósl Id = 0,85.Zastrzezenia patentowe 1. Sposób konsolidacji gruntu spoistego zalegajacego pod warstwa nawodnionego gruntu niespoistego metoda wybuchowa, przy uzyciu pionowych, wydluzonych i skupionych ladunków wybuchowych, znamienny tym, ze ladunki wykonane z materialu wybuchowego, korzystnie wodoodpornego kruszacego, odpala sie w trzech seriach, przy czym pierwsza serie w postaci wydluzonych ladunków wybuchowych umieszcza sie w gruncie spoistym w otworach siegajacych do gruntu nosnego, wykonanych znanym sposobem, rozmieszczajac je w jednakowych odleglos¬ ciach, korzystnie równych czterokrotnemu promieniowi efektywnego dzialania ladunków, po czym ladunki te odpala sie, a nastepnie w srodkach poletek, których wierzcholkami sa miejsca odpalenia sasiadujacych ladunków pierwszej serii, umieszcza sie w gruncie spoistym w otworach siegajacych do gruntu nosnego, wykonanych znanym sposobem, wydluzone ladunki wybuchowe drugiej serii i ladunki te odpala sie, po czym w otworach wykonanych znanym sposobem w gruncie niespoistym umieszcza sie ladunki skupione trzeciej serii, przy czym ladunki te umieszcza sie w gruncie niespoistym, w srodkach odleglosci pomiedzy miejscami odpalenia ladunków wybucho¬ wych wydluzonych pierwszej lub drugiej serii, co najmniej jeden metr ponad poziomem gruntu spoistego i ladunki te odpala sie, zas wydluzone ladunki pierwszej i drugiej serii maja dlugosc korzystnie mniejsza niz grubosc warstwy gruntu spoistego. 2. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wydluzone ladunki wybuchowe zarówno pierwszej jak i drugiej serii umieszcza sie w gruncie spoistym tak, ze jeden ich koniec jest zaglebiony w gruncie zalegajacym ponizej warstwy gruntu spoistego, a drugi koniec jest zaglebiony w warstwie nawodnionego gruntu niespoistego zalegajacej powyzej warstwy gruntu spoistego. 3. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze wydluzone ladunki wybuchowe pierwszej serii odpala sie kolejno, rozpoczynajac od przeciwleglych kranców obszaru poddawanego konsolidacji ku jego srodkowi, natomiast ladunki wybuchowe skupione trzeciej serii odpala sie grupami, co najmniej po cztery sasiadujace ladunki tworzace zamkniete poletko, przy czym odpalanie grup ladunków trzeciej serii prowadzi sie rozpoczynajac od srodka obszaru poddawanego konsolidacji, w kierunku jego przeciwleglych kranców.Pracownia Poligraficzna UP PRL. Naklad 100 egz.Cena 400 zl PL