Mikrowybuchy

eksplozje, które budują


Rządowe plany budowy dróg ekspresowych i autostrad wymuszają poszukiwanie efektywnych technologii, które umożliwią ich szybką i niedrogą realizację. Jednym z podstawowych zadań stojących przed projektantami i wykonawcami jest właściwe rozpoznanie geotechniczne podłoża gruntowego oraz znalezienie technologii, które szczególnie w przypadku gruntów słabych umożliwią ich wzmocnienie.

Niedbałe podejście do zagadnień geotechnicznych skutkuje powstawaniem uszkodzeń nawierzchni, a w skrajnych wypadkach - katastrofą budowlaną. Naprawy podłoża po oddaniu nawierzchni do eksploatacji są z reguły bardzo drogie, a ich kosztami mogą być obciążeni projektanci lub wykonawcy.

Sposobem na uniknięcie podobnych kłopotów są rzetelnie wykonane badania i projekty geotechniczne oraz odpowiednio dobrana technologia wzmacniania gruntu. Wychodząc naprzeciw potrzebom, polscy geotechnicy zaproponowali unikatowe na skalę światową rozwiązanie - metodę wzmacniania słabych gruntów poprzez mikrowybuchy.

Rozwinięta i zmodyfikowana przez polskich naukowców w latach siedemdziesiątych, wykorzystywana przy budowlach hydrotechnicznych, została w efekcie wprowadzona na rynek budowlany przy konstrukcji dróg i mostów przez firmę Polbud-Pomorze. Zastosowano ją m.in. przy budowie autostrad A4 i A2, obwodnic miast Lubsko i Sulechów, a ostatnio przy budowie małej obwodnicy w Gostyninie. Wygląda na to, że technologia ta stała się polską specjalnością, ponieważ nigdzie indziej nie jest stosowana.

Rys historyczny

Autorami pomysłu wykorzystania energii powstającej podczas eksplozji ładunków wybuchowych do wzmocnienia podłoża gruntowego byli N. N. Masłow i N. A. Filimonow. W praktyce po raz pierwszy zastosowano tę metodę w 1936 r. na odcinku nasypu kolejowego na terenie budowy elektrowni wodnej na rzece Gornaâ Swira (były ZSRR). Niestety eksperyment się nie powiódł, gdyż nie został spełniony jego zasadniczy wymóg, tj. pełne nasycenie gruntu wodą.

Koncepcję wzmacniania podłoża za pomocą energii powstałej podczas wybuchu wykorzystali Amerykanie. W 1941 r. z powodzeniem wzmocniono luźne drobno- i średnioziarniste piaski podczas budowy zapór Franklin i Denison (USA).

Istotne znaczenie dla rozwoju teorii i praktyki omawianej metody miały badania prowadzone od 1951 r. w byłym ZSRR przez V. A. Fłorina, P. L. Iwanowa, G. M. Lachowa i I. M. Litwinowa. Zdobyte przy zagęszczaniu gruntów piaszczystych oraz wzmacnianiu lessów na budowie wielu obiektów doświadczenia pozwoliły stworzyć przesłanki teoretyczne oraz opracować wzory empiryczne gwarantujące skuteczne stosowanie tej technologii.

Poza tymi tytanami technologicznymi ówczesnego świata do rozwoju technologii mikrowybuchów znacząco przyczynili się także polscy naukowcy. W 1971 r. w Instytucie Morskim w Gdańsku przy współudziale Politechniki Gdańskiej rozpoczęto prace nad zastosowaniem i modyfikowaniem tej metody. Efektem badań było opracowanie optymalnych sposobów wzmocnienia podłoża piaszczystego i kamiennego na lądzie i pod wodą. Na podkreślenie zasługuje fakt, że po raz pierwszy w historii opracowano założenia empiryczne dla efektywnej technologii wzmocnienia gruntów spoistych (słabych glin, namułów, torfów i gytii) na lądzie. Wcześniej rozpatrywano stosowanie mikrowybuchów jedynie w gruntach niespoistych.

Skutki eksplozji materiału wybuchowego w gruncie

Efektem eksplozji ładunku wybuchowego jest generowanie w bardzo krótkim czasie olbrzymiej ilości energii kinetycznej i cieplnej powstałej na skutek przemiany chemicznej materiału wybuchowego (ciała stałego lub cieczy) w gaz powybuchowy. Energia wybuchu 1 kg trotylu teoretycznie pozwala na podrzucenie masy 500 kg na wysokość 1 km. Część tej energii, wzbudzonej działaniem utworzonego po wybuchu pęcherza gazowego i powstałych następnie fal sejsmicznych, powoduje przemieszczenie się cząstek gruntu w podłożu i w efekcie jego zagęszczenie (w przypadku np. gruntów piaszczystych) lub konsolidację (w przypadku np. gruntów organicznych).

Zastosowania

Metodę mikrowybuchów można stosować do wzmacniania podłoża zarówno pod wodą, jak i na lądzie. W tym pierwszym przypadku jest ona efektywna w gruntach piaszczystych i skalistych, zaś w drugim w gruntach piaszczystych, skalistych, gliniastych oraz pochodzenia organicznego, takich jak: namuły, torfy i gytie.