PL210676B1 - Sposób wzmacniania metodą pirotechniczną podłoży budowlanych o niskiej nośności - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób wzmacniania metodą pirotechniczną podłoży budowlanych o niskiej nośności, nazywanych gruntami słabymi. Sposób stosowny jest przy budowie takich obiektów jak: autostrady, drogi, lotniska, linie kolejowe, budowle hydrotechniczne, budowle lądowe, budowle portowe.

Metody pirotechniczne wykorzystują do zagęszczania gruntu energię fali uderzeniowej powstałej przy wybuchu ładunku. Znany z polskiego opisu patentowego nr 151405 sposób zagęszczania nawodnionych gruntów niespoistych polega na stosowaniu ładunków wybuchowych o długości co najmniej grubości warstwy zagęszczonego gruntu i masie g = k x H’^/2 kg/mb, gdzie H stanowi miąższość zagęszczanej warstwy gruntu a k jest empirycznym współczynnikiem zależnym od stopnia zagęszczania i uziarnienia gruntu, i dobierany jest w zakresie od 0,3 do 1,0 kg/m². Ładunki rozmieszcza się w nieorurowanych otworach strzałowych, w co najmniej trzech warstwach równoległych do siebie. Ładunki w każdej warstwie znajdują się w wierzchołkach siatki trójkątów równobocznych, których bok odpowiada ¼ promienia efektywnego działania fali uderzeniowej. Warstwy względem siebie usytuowane są w ten sposób, ze wierzchołki trójkątów jednej warstwy są przesunięte o / długości boku trójkąta w stosunku do wierzchołków najbliższej warstwy, a odległości między warstwami są takie, że końce ładunków jednej warstwy stykają się z płaszczyzną utworzoną w połowie długości ładunków sąsiedniej warstwy. Nieorurowane otwory strzałowe o średnicy 15 do 30 cm wiercone są przy użyciu płuczki bentonitowej. Korzystne jest stosowanie ładunków wybuchowych o średnicy 5-6 cm.

Znany jest również sposób konsolidacji gruntu spoistego zalegającego pod warstwą nawodnionego gruntu niespoistego przedstawiony w polskim opisie patentowym nr 145208. Sposób ten polega na tym, że ładunki wykonane z materiału wybuchowego odpala się w trzech seriach, przy czym pierwszą serię w postaci wydłużonych ładunków wybuchowych umieszcza się w gruncie spoistym w otworach wiertniczych sięgających do gruntu nośnego. Ładunki są rozmieszczone w równych od siebie odległościach odpowiadających czterokrotnemu promieniowi efektywnego działania wybuchu ładunków, który jest zależny od masy materiału wybuchowego w ładunku. W kolejnych seriach wybuchów rozmieszczenie ładunków w planie ulega przesunięciu. Opisany sposób konsolidacji gruntu ma ograniczone zastosowanie wyłącznie do warunków zagęszczania gruntu spoistego zalegającego pod warstwą nawodnionego gruntu niespoistego.

Dla procesu technologicznego budowy istotnym jest by po wykonaniu czynności wzmacniania podłoża wystąpiła szybka konsolidacja gruntu, stanowiąca, że osiadanie w trakcie budowy zapobiegnie wystąpieniu późniejszych, przekraczających dopuszczalne osiadania od obciążeń eksploatacyjnych.

Istota sposobu wzmacniania gruntu metodą pirotechniczną według wynalazku polega na tym, że otwory strzałowe o średnicach od 0,02 do 1,5 m i głębokości do 50 m, wiercone są z płuczką wodną, iłową albo glinową oraz w rozstawieniu od 3 do 25 m dobieranym odwrotnie proporcjonalnie do miąższości warstwy. Ładunek o łącznej długości nie większej od miąższości wzmacnianej warstwy wykonuje się małymi ładunkami składowymi, które sytuowane są w odstępach od 1 do 10 m oraz z zablokowaniem dolnego końca każdego ładunku prętem o średnicy większej od otworu strzałowego. Odpalanie każdego ładunku prowadzi się od górnego do dolnego ładunku składowego, ze zwłoką od 0,05 do 10 msek. Odpalanie wykonuje się jedną serią rozpoczynając od jednego końca planu wzmacnianego podłoża, kolejno pojedynczymi lub w grupach po kilka ładunków oraz w odstępach czasowych.

W wyniku odpalania ładunków następuje liniowo postępujące w planie równomierne zagęszczanie gruntu, i jednocześnie tworzenie pali z gruntu osypującego się grawitacyjnie lub zasypywanego mechanicznie albo ręcznie w pionowe otwory powybuchowe. Pale przy kolejnych odpaleniach sąsiednich ładunków spełniają funkcje pionowych drenów, przez które następuje wypływ wody, a oddziaływania odpaleń w dalszym etapie zagęszczają nawilgocony grunt w palach.

Dla warunków gruntu nie sypkiego inaczej określanego jako spoistego, przykładowo torfowego, korzystnym jest gdy przed wierceniem otworów strzałowych na wzmacnianym podłożu wykonany zostanie nasyp z gruntu niespoistego, zwłaszcza z piasku, o grubości warstwy 0,5 do 20 m. W szczególnych warunkach geodezyjnych należy stosować nasyp o większej grubości, dochodzącej nawet korzystnie do 20 m. Przykładowo, sytuacja taka występuje przy robotach wzmocnieniowych wykonywanych z nasypu, np. pirsu naregulowanego do wody. W przypadku budowli morskich, miąższości refulatów są niejednokrotnie znacznie większe niż 20 m. Po odpaleniu grunt niespoisty wypełnia otwory powstałe po eksplozji ładunków - tworząc pale spełniające funkcje pionowych drenów.

Korzystnym jest również, gdy ładunki składowe sytuowane są w pionie za pomocą prętów dystansowych, wykonanych z drewna, tworzywa sztucznego lub metalu.

PL 210 676 B1

Przedstawiony sposób według wynalazku stwarza strukturę zagęszczenia podłoża powodującą szybką konsolidację gruntu o stopniu konsolidacji Sk > 0,9 gwarantującym, że osiadania eksploatacyjne będą mniejsze od osiadań dopuszczalnych, określonych w normach budowlanych.

Pełne zrozumienie wynalazku umożliwi opis technologii wykonania dwóch przykładowych wzmocnień gruntu podłoża budowlanego.

P r z y k ł a d 1

Na terenie budowy dojazdów do nowego mostu przez rzekę wykonano wzmocnienie podłoża złożonego z torfów i namułów, których stopień plastyczności IL zawierał się w granicach od 0,60 do 0,80. Miąższość wzmacnianego podłoża wynosiła od 6 do 16 m, przy stropie warstwy słabej od 1 m p.p.t. i spągu do 16 m p.p.t. Przed wykonaniem wzmocnienia na wzmacnianym terenie wybudowano nasyp roboczy z piasku o miąższości 1,0 m, który umożliwiał ruch maszyn a także gwarantował samoczynne zapełnianie się powstałych po wybuchach otworów - co ograniczyło pracę spycharek i rę cznego zasypywania. Otwory strzał owe o ś rednicy od 0,05 m do 0,25 m i głębokości do spą gu warstwy wzmacnianej wykonano za pomocą samojezdnego urządzenia wiertnicze, wypłukując zwierciny, nazywane też jako urobek wiertniczy, czystą wodą bez użycia płuczki wiertniczej. Rozstawienia otworów wierconych według punktów przecięć siatki o oczku kwadratowym dobierano według głębokości otworu: dla miąższości wzmacnianego podłoża od 13 m do 16 m - bok kwadratu R miał wymiar 4 m, dla miąższości od 9 do 13 m - R = 6 m, a dla miąższości od 6 do 9 m - R = 8 m. Odstęp między małymi ładunkami składowymi o średnicy od 2,5 cm do 10 cm ustalany był za pomocą drewnianych prętów i był mniejszy od 2,0 m. Łączna masa ładunku dynamitu lub dynamonitu nie przekraczała 4,0 kg w ładunku. Odpalanie prowadzono w jednej serii wybuchów. Pojedynczy ładunek odpalany był od ładunku górnego po kolei do dolnego, ze zwłoką od 0,05 do 5 milisekund. Na dolnym końcu każdego ładunku osadzany był drewniany pręt o średnicy większej od średnicy otworu wiertniczego, którego zadaniem było zablokowanie dolnego końca i uniemożliwienia wypłynięcia ładunku wybuchowego z otworu wiertniczego. Ładunki odpalano po kolei, jeden po drugim rozpoczynając od jednego końca wzmacnianego podłoża. Wzmocnienie całej warstwy podłoża osiągnięto w wyniku nakładania się pojedynczych zagęszczeń następujących w odległości równej 0.75xR między ładunkami. Po okresie

4.5 miesiąca od przeprowadzonego wzmacniania uzyskano stopień konsolidacji podłoża Sk = 0,92.

P r z y k ł a d 2

Na terenie budowy autostrady wykonano wzmocnienie podłoża składającego się ze słabych glin pylastych, namułów oraz słabych piasków drobnych o stopniu plastyczności IL od 0,55 do 0,85 i stopniu zagęszczenia ID od 0,25 do 0,40. Miąższość wzmacnianego podłoża wynosiła od 5 do 6 m, przy stropie warstwy słabej od 1 do 1,5 m p.p.t. i spągu warstwy słabej od 5 do 6 m. Ładunki o średnicy od

1.5 cm do 5 cm i długości równej miąższości wzmacnianego podłoża umieszczane były w otworach wiertniczych wykonanych za pomocą stalowych żerdzi łączonych miedzy sobą zamkami typu wpust i gniazdo. Łączna masa ładunku dynamitu, dynamonitu lub amonitu nie przekraczała 2,5 kg. Pojedynczy ładunek odpalany był w ten sposób, że górny ładunek składowy uzbrojony był w zapalnik ze zwłoką 1 milisekundy, środkowy miał zapalnik ze zwłoką 3 milisekund a dolny ze zwłoką 5 milisekund. Ładunki były rozmieszczone w planie, w odległościach R = 5 m, w siatce trójkątów równobocznych i przy założeniu, że strefa wzmocnienia podłoża od osi ładunku wybuchowego wynosi 0,6 R. Odpalanie ładunków prowadzono pojedynczo. Wzmocnienie podłoża dało w wyniku - zmierzone po 21 dniach od wykonania - osiadanie średnie powierzchni terenu o wartości 0,27 cm. Późniejsze pomiary potwierdziły skuteczność wykazującą że osiadania eksploatacyjne podłoża były mniejsze od dopusz-

Claims (3)

1. Sposób wzmacniania metodą pirotechniczną podłoży budowlanych o niskiej nośności, polegający na określeniu parametrów gruntu warstwy wzmacnianej, wykonaniu nieorurowanych, pionowych otworów strzałowych rozstawionych w planie według punktów przecięć siatki o oczkach kwadratowych lub trójkąta równobocznego, doborze i przygotowaniu wydłużonych ładunków wybuchowych oraz ich odpalaniu, znamienny tym, że otwory strzałowe o średnicach 0,02 do 1,5 m i głębokości do 50 m, wiercone z płuczką wodną, iłową albo glinową wykonuje się w rozstawieniu 3 do 25 m dobieranym odwrotnie proporcjonalnie do miąższości warstwy, a ładunek o łącznej długości nie większej od miąższości wzmacnianej warstwy wykonuje się małymi ładunkami składowymi

PL 210 676 B1 sytuowanymi w odstępach od 1 do 10 m oraz z zablokowaniem dolnego końca ładunku prętem o średnicy większej od otworu strzał owego, natomiast odpalanie każdego ładunku prowadzi się ze zwłoką ładunków składowych od górnego do dolnego od 0,05 do 10 msek, jedną serią rozpoczynając od jednego końca planu wzmacnianego podłoża, kolejno pojedynczymi lub w grupach po kilka ładunków oraz w odstępach czasowych.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że przed wierceniem otworów strzałowych na wzmacnianym podłożu wykonuje się nasyp z gruntu niespoistego o grubości warstwy od 0,5 do 20 m, w którym po odpaleniu wypeł niane są otwory powstał e po eksplozji ł adunków.

3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że ładunki składowe sytuowane są w pionie w otworach strzałowych za pomocą prętów dystansowych, wykonanych z drewna, tworzywa sztucznego lub metalu.