Zagęszczanie gruntu metodą mikrowybuchów w nowoczesnym budownictwie na przykładzie budowy Trasy Sucharskiego w Gdańsku

Rynek budowlany stawia coraz wyżej poprzeczkę firmom w zakresie skuteczności technologicznej realizacji inwestycji, co w wielu przypadkach wymaga od projektantów bądź wykonawców nietuzinkowego podejścia do nowych realizacji przy jednoczesnym wykorzystaniu sprawdzonych rozwiązań.

Wiele dotychczas stosowanych technologii wykonywania robót z zakresu wzmacniania słabonośnego podłoża gruntowego uznanych za archaiczne przy wykorzystaniu obecnych możliwości sprzętowych i doświadczenia zdobywanego latami przechodzi swoisty renesans. Jedną z takich technologii jest wzmocnienie słabonośnego podłoża gruntowego z wykorzystaniem energii wybuchu materiałów wybuchowych. Nowoczesne podejście do zagadnienia, współczesne metody projektowe oraz odpowiednia wiedza techniczna zaowocowały stworzeniem nowej techniki wprowadzania (elaboracji) odpowiednio uformowanych ładunków materiału wybuchowego w podłoże gruntowe.

Techniki wprowadzania ładunku materiału wybuchowego w podłoże gruntowe

Znane i stosowane przez firmy zajmujące się zagęszczaniem gruntu metodą wybuchową sposoby umieszczania ładunku materiału wybuchowego w gruncie charakteryzują się w szczególności: długim czasem wykonania prac związanych z odpalaniem ładunków, koniecznością używania kłopotliwej płuczki do wykonania otworów strzałowych, a także dużą niepewnością co do głębokości rozmieszczenia ładunków i niebezpieczeństwem podczas pogrążania ładunku na żądaną głębokość. Wymienione cechy spowodowały ulepszanie metody przez zastosowanie innych typów płuczki czy też konstrukcji ładunków materiału wybuchowego i ich przestrzennego rozmieszczenia na terenie prowadzenia prac wzmacniających podłoże [3]. Po przeprowadzeniu analizy istniejących rozwiązań patentowych i danych zawartych w literaturze pod kątem efektywności realizacji prac oraz uwzględniając obecne możliwości sprzętowe, stwierdzono, że wiele problemów technicznych, z którymi dotychczas się borykano, można uniknąć, adaptując do wprowadzania ładunków materiału wybuchowego w grunt sposób stosowany do wykonywania pali betonowych za pomocą rury obsadowej.

Innowacyjna technika wprowadzania ładunku materiału wybuchowego w grunt

Zaproponowany przez Menard Sp. z o.o. oraz BaKaChem Sp. z o.o. sposób elaboracji (wprowadzania) ładunku materiału wybuchowego w podłoże gruntowe  wnosi całkowicie nowe rozwiązanie kłopotliwego problemu związanego z bezpiecznym umieszczaniem materiału wybuchowego na żądanej głębokości. We wspominanym sposobie elaboracji wcześniej odpowiednio pakietowany w perforowanym rękawie strzałowym ładunek materiału wybuchowego o określonej masie umieszcza się w rurze obsadowej, stanowiącej metalowy profil zamknięty dowolnego kształtu. Następnie wydłużony ładunek materiału wybuchowego wraz z rurą obsadową, stanowiącą swoistą osłonę ładunku przed szkodliwym oddziaływaniem podłoża gruntowego (tarcie, wypór wody, zakleszczanie), wprowadza się precyzyjnie na zadaną głębokość w podłoże gruntowe. Rura obsadowa może być wbijana, wciskana, wkręcana lub wibrowana za pomocą specjalistycznego sprzętu z zastosowaniem odpowiednich do użytej techniki osłon bezpośrednich naboi materiału wybuchowego wykorzystanych w konstrukcji ładunków wydłużonych. Po wprowadzeniu ładunku na wskazaną w projekcie głębokość rurę obsadową wyciąga się z gruntu, pozostawiając w nim ładunek materiału wybuchowego. Podczas wyciągania profilu następuje jednoczesne zasklepianie gruntu stabilizujące ładunek wybuchowy. Dzięki temu, że ładunek jest wprowadzany jednocześnie z rurą obsadową, możliwa jest precyzyjna kontrola jego pozycji w gruncie. Do inicjowania wybuchu można stosować bezpieczne zapalniki elektryczne, zapalniki systemu detonacji ciągłej czy też sieci wykonane z lontu detonującego. W wyniku eksplozji ładunku w bardzo
krótkim czasie powstaje olbrzymia ilość energii kinetycznej i cieplnej, która tworzy się na skutek przemiany chemicznej materiału wybuchowego z ciała stałego lub cieczy w gaz powybuchowy. Część tej energii, wzbudzonej działaniem utworzonego po wybuchu pęcherza gazowego oraz powstałych fal uderzeniowych, powoduje przemieszczenie się cząstek gruntu w podłożu, co powoduje zagęszczenie podłoża (grunty piaszczyste) lub konsolidację (grunty organiczne).

Przykład użycia techniki wprowadzania ładunków materiału wybuchowego w grunt z wykorzystaniem rury obsadowej

Jednym z przykładów wykorzystania metody wybuchowego zagęszczania gruntu w budownictwie drogowym jest wzmocnienie podłoża gruntowego w ramach rozbudowy Trasy Sucharskiego, zadanie II w Gdańsku. Dla warstwy słabych gruntów organicznych (namułów, torfów) zlokalizowanych pod warstwą piasków drobnych w stanie luźnym określono konieczność zastosowania wzmocnienia podłoża w celu zredukowania osiadań przez konsolidację gruntów organicznych, a także zagęszczenie przypowierzchniowej warstwy piasków. Wzmocnienie podłoża gruntowego realizowano na obszarze około 150 000 m2. Po dokonaniu szczegółowej analizy projektu wzmocnienia, szczególnie pod względem technicznym i ekonomicznym, do wzmocnienia podłoża gruntowego metodą mikrowybuchów wytypowano dwa odcinki o powierzchni odpowiednio 6950 m2 oraz 8105 m2. W okresie luty–marzec 2012 r. na terenie budowy wykonano i wprowadzono w podłoże gruntowe, a następnie odpalono 604 wydłużone ładunki materiału wybuchowego o długości od 5 do 8 m, które były umieszczane na głębokości od 8 do 15 m za pomocą rury obsadowej. Średnia wydajność wynosiła około 30–50 odpalonych ładunków na dzień, co kilkakrotnie przyspieszyło proces realizacji przedsięwzięcia. Zastosowana metoda wybuchowa w warstwie słabo przepuszczalnej gruntów organicznych wywołała nadwyżkę ciśnienia wody w porach oraz ruch cząstek ośrodka w warstwie przypowierzchniowej piasków. Eksplozja ładunku wybuchowego w gruncie słabym spowodowała na chwilę powstanie pustki, która została wypełniona materiałem niespoistym zsuwającym się z wyższych warstw przypowierzchniowych piasków. Efektem tego zjawiska są kolumny drenujące, umożliwiające odpływ wody i dyssypację ciśnienia wody w porach gruntu.