Principio y diseño de aplicación del fortalecimiento de arena saturada mediante el método de compactación explosiva.

El tratamiento de cimientos con arena saturada es un problema que se encuentra a menudo en ingeniería. En muchos años de práctica de la ingeniería, se han desarrollado y logrado buenos resultados el método de llenado, el método de precarga, el método de compactación dinámica y el método de refuerzo químico de agitación profunda. Sin embargo, estos métodos también tienen desventajas, por ejemplo, los métodos de precarga y apilamiento requieren una gran cantidad de movimiento de tierras y trabajo de construcción pesado; el método de precarga al vacío tiene altos requisitos de sellado, lo que hace que el período de construcción de ambos métodos sea de 6 a 8 meses. difícil satisfacer las necesidades de emergencia de construcción del proyecto.

Dado que las propiedades de carga de explosión y compactación dinámica son similares, es completamente factible utilizar el método de compactación por explosión para tratar cimientos de arena saturada. Ha sido estudiado y aplicado en el país y en el extranjero, y ha logrado resultados satisfactorios. Se debe considerar la compactación explosiva cuando otros métodos son difíciles de implementar. Los métodos de compactación explosiva se pueden dividir en tres tipos: método de vibración de voladura de carga profunda, método de vibración de voladura de carga suspendida bajo el agua y método de explosión de contacto de carga expuesta. El método de vibración y voladura de carga profunda es adecuado para la compactación profunda y se usa ampliamente. Este artículo resume y analiza principalmente el método de vibración de la voladura con carga en pozos profundos.

2. El principio del método de compactación explosiva para fortalecer la arena saturada.

La compactación explosiva es una tecnología de densificación del suelo que utiliza la energía generada por explosiones en suelos sueltos, saturados y no cohesivos (en adelante, arena saturada) para reorganizar las partículas del suelo y hacer que la estructura sea más densa y estable. , descargan agua intersticial, logrando así la densificación del suelo.

El proceso básico de arena densa saturada por método de explosión puede entenderse como la licuefacción del suelo y la reorganización de las partículas del suelo bajo la acción de una fuerte carga dinámica. Hay cuatro formas principales de interacción entre la carga explosiva y la arena saturada: el fuerte efecto de compactación de la fuerza de la explosión sobre la arena, la propagación de ondas de choque en la arena, la interacción entre el gas explosivo y la arena, y la arena y el suelo causada por Sismos causados ​​por la vibración de la carga explosiva. En el proceso de densificación explosiva de arena saturada, la arena primero se compacta mediante la compactación dinámica de la fuerza explosiva, formando una bolsa de aire de alta presión en la fuente de la explosión, luego el gas a alta presión se difunde y la presión de la bolsa de aire disminuye; y las partículas de arena vuelven a caer dentro de la bolsa de aire, al mismo tiempo, la bolsa de aire de alta presión El gas aumenta la presión del agua libre en la arena, formando un exceso de presión de agua en los poros, y el gas difundido se adhiere a los granos de arena, debilitándose; la resistencia al corte de la arena. Además, la onda de choque de la explosión y la fuerza sísmica trabajan juntas para causar daños por cizallamiento en la arena, lo que hace que las partículas se dispersen y floten, y que la arena se licue. Finalmente, a medida que la presión del gas se reduce gradualmente a cero, la arena licuada pierde la presión del agua en el exceso de espacio y las partículas aceleran la deposición bajo la acción de su propio peso, se reorganizan y rápidamente se escurren y se consolidan para formar una estructura más densa. . Durante todo el proceso, el suelo arenoso saturado cambia de una estructura de dos fases de partículas sólidas y agua a una estructura de tres fases de partículas sólidas, agua y gas, y luego de una estructura de tres fases a una estructura de dos fases.

La carga de explosión cambia las propiedades mecánicas originales del suelo y es el principal motivo de la consolidación acelerada de la arena. La energía de los explosivos que detonan arena densa depende principalmente de la compresión del gas a alta presión y de las ondas de choque generadas por la explosión. En suelos arenosos, el gas a alta presión juega un papel dominante en la generación de exceso de presión de agua en los poros y en la licuefacción del suelo arenoso. Según datos extranjeros, la sobrepresión generada por 8 kg de explosivo en arena saturada puede alcanzar 1000 MPa en arena cercana, y el tiempo de acción de la presión positiva es de hasta 60 ms.

Las pruebas nacionales pertinentes muestran que existen dos etapas de compactación y asentamiento de la arena provocados por explosiones. La primera etapa es el rápido colapso de la superficie causado por las partículas de arena que vuelven a caer en la bolsa de aire. En este breve proceso se ha logrado la parte principal de la reconciliación. La segunda etapa es un proceso lento de drenaje y consolidación de la arena que suele durar unos minutos hasta que el exceso de agua en la arena se haya disipado por completo.

3. Características técnicas de arenas saturadas reforzadas mediante el método de compactación explosiva.

3.1 Aplicabilidad del método de explosión para fortalecer suelos arenosos saturados

Las pruebas y prácticas de ingeniería del método de explosión para fortalecer suelos arenosos saturados en el país y en el extranjero demuestran que el método de explosión para fortalecer suelos arenosos saturados tiene Buenas perspectivas de ingeniería. Desde su primera aplicación en los Estados Unidos y la antigua Unión Soviética en la década de 1930, la arena saturada se ha utilizado con éxito incluso en sitios complejos y entornos climáticos extremos. También ha adquirido experiencia en aplicaciones prácticas en la central eléctrica de Shenzhen Mawan y en Three Gorges High. Proyecto Ataguía Tierra-Roca. Dado que el refuerzo contra explosiones generalmente no requiere equipos especiales a gran escala, la energía de la explosión se puede aplicar fácilmente a diversos objetos multimedia y el efecto de refuerzo puede satisfacer las necesidades de ingeniería. Es económico y tiene amplias perspectivas de aplicación.

En la prueba de campo de la segunda fase del Proyecto de las Tres Gargantas, se utilizó el método de voladura profunda explosiva compuesta de una sola capa para densificar la ataguía de aguas profundas llena de grava. Después de una o dos explosiones y compactaciones, el peso seco promedio a granel alcanza 1,74 ~ 1,90 g/cm3, y la densidad relativa promedio es superior a 0,73. El relleno de arena logró un buen efecto de compactación, satisfaciendo γ d ≥ 65438.

En comparación con el método de vibración, el método de explosión tiene las ventajas de menos personal, equipo simple, alta eficiencia y bajo costo. Especialmente cuando la eficiencia de producción es la misma, el costo total del método de explosión es aproximadamente 2/3 menor que el del método vibratorio. En comparación con la prueba de vibración y vibración, los dos métodos han alcanzado el mismo nivel en términos de calidad de densidad. La diferencia es que: el número de penetraciones estándar del método de vibración y vibración cerca de la superficie es mayor que el del método de explosión; cerca del fondo de la capa de arena, el número de penetraciones estándar del método de explosión es mayor que el del método de vibración, especialmente el método de explosión, que puede mejorar las propiedades mecánicas de la arcilla limosa subyacente, mientras que el método de vibración Reduce el número de disparos de penetración estándar debido al rodamiento del lodo cerca de la superficie de contacto bajo la acción de chorros de agua a alta presión.

Hay tres condiciones para la compactación explosiva de arena: ① La arena está saturada (el grado de saturación del efecto de compactación es 0,8 ≤ Sr ≤ 0,9 ② La densidad inicial es menor que el límite de densidad (es decir); , el suelo está compactado); ③ La arena La estructura original del cuerpo debe ser destruida (es decir, licuada).

3.2 Factores que afectan el efecto de refuerzo del método de compactación explosiva

El método, la cantidad y la velocidad de la energía aplicada a la arena mediante el método de compactación explosiva son diferentes de otros métodos, con alta presión y corto Características del tiempo, su proceso de licuefacción del suelo arenoso también tiene las características de intenso y corto tiempo. Hay muchos factores que afectan el efecto de cifrado, incluida la cantidad de carga, la profundidad de enterramiento de la carga, la densidad inicial de la arena, etc.

La profundidad de enterramiento de la carga explosiva tiene una gran influencia en el efecto de compactación de la explosión. Cuanto mayor sea la profundidad de enterramiento de la carga, mayor será el hundimiento de la superficie. Esto se debe a diversos grados de movimiento descendente de los granos de arena en la parte superior de la carga explosiva. Cuanto más profundo esté enterrado el explosivo, mayor será el espesor de la arena y el suelo afectados y mayor será el hundimiento de la superficie.

La cantidad de carga es el factor clave que afecta el efecto de compactación de la explosión. Cuando la carga es grande, la vibración causada por la explosión será fuerte y la presión en la bolsa de aire será alta, lo que resultará en una gran cantidad de compresión. La relación entre el consumo unitario de explosivo Q = Q1/3/h y el incremento de densidad relativa δ DR de la arena es la siguiente:

δDr = (38.14q 10.93)e-0.057 Dr(1)

En la fórmula: Dr es la densidad relativa de la arena antes del arenado.

Cuando la cantidad de carga y la profundidad de enterramiento son las mismas, el efecto general de la compactación de múltiples explosiones con una pequeña cantidad de carga es mejor. Los experimentos realizados por Lin Yan y otros del Instituto de Mecánica de la Academia de Ciencias de China muestran que cuando la cantidad total de explosivos y la profundidad del entierro son iguales, la cantidad total de hundimiento cuando el número de explosiones es n = 6 es mayor que el total. cantidad de hundimiento cuando el número de explosiones es n = 2 o 4.

En las mismas condiciones de explosión, cuanto menor sea la densidad inicial de la arena, mayor será el hundimiento de la superficie. Se puede ver en la fórmula (1) que cuando la dosis específica Q es constante, cuando la densidad relativa inicial de la arena es pequeña, el incremento de densidad relativa es grande; por el contrario, cuando la densidad relativa inicial es grande, la densidad relativa; el incremento es pequeño.

4. Diseño de aplicación del método de compactación explosiva para fortalecer arenas saturadas.

4.1 Diseño paramétrico del método de compactación explosiva para fortalecer suelos arenosos saturados.

4.1.1 Profundidad de enterramiento y cantidad de explosivos

Para que la energía generada por la explosión de los explosivos se aproveche para comprimir el medio circundante, se evitará o reducirá el riesgo causado. mediante lanzamiento de medio o lavado de gas Disipación efectiva de energía De acuerdo con el principio de carga de acción interna, la carga se entierra a una cierta profundidad. Durante la explosión, no habrá dispersión ni abultamiento en el suelo. Solo se producirán grietas anulares o embudos colapsados. permitido aparecer en el suelo.

Según la teoría del embudo de voladura de Lee, la relación entre la cantidad de explosivos y la profundidad del entierro es:

Q=khw3 (2)

Dónde: Q es la cantidad de explosivos, kg; Hw es la profundidad crítica de enterramiento de la carga, m el coeficiente k está relacionado con el tamaño de las partículas, la forma, la gradación y la densidad de la arena, así como con el tipo de explosivo y la profundidad de enterramiento; Se puede determinar mediante la prueba del embudo de voladura, generalmente 0,03 ~ 0,036.

Las pruebas de ingeniería reales muestran que al controlar el consumo unitario de explosivos a menos de 0,43, el gas generado por la explosión no saldrá directamente de la superficie de la arena. Seleccionando una dosis específica adecuada, la profundidad de enterramiento h y la cantidad q de la carga se pueden determinar según la fórmula (3) y considerando la relación h

Rb=hm.

Rb = 5.8q 1/3/hm 0.35≈0.8 ra(3)

Donde: Rb es el radio de acción mínimo de la carga, es decir, el radio de compactación directamente debajo de la carga (m), hm es la profundidad de compactación (m).

4.1.2 Disposición de los barrenos de voladura y forma de carga

Los barrenos de perforación generalmente están dispuestos en forma quincunce o rectangular. En general, el espaciamiento de las cargas, es decir, el espaciamiento de los orificios de perforación, es a = (1,5 ~ 2,0) ra. Ra es el rango efectivo de carga y se calcula según la siguiente fórmula:

Donde: es la presión atmosférica, la densidad del agua, la aceleración de la gravedad, la profundidad del agua en el punto de carga, la utilización de explosivos constante, tome la cantidad de explosivo (kg) y la energía explosiva (J/kg).

También se puede calcular según la siguiente fórmula empírica:

ra = 5.8q 1/3h-0.35≈1.3 Rb, (h