Расчет безопасных расстояний по сейсмическому действию

Сейсмическая безопасность зданий и сооружений при взрывах предполагает отсутствие повреждений, нарушающих их нормальное функционирование.

В качестве параметра, определяющего степень сейсмического воздействия на здания и сооружения, М.А. Садовским было предложено использовать максимальную векторную скорость смещения грунта у основания здания и сооружения.

Экспериментально было подтверждено, что этот параметр лучше других (например, амплитуды, ускорения, смещения, периода колебаний) коррелируется с массой заряда ВВ, расстоянием до места взрыва, началом повреждения охраняемых зданий и сооружений. При этом этот параметр слабо реагирует на вариации геологического строения массива.

М.А. Садовский, исходя из теории подобия, предложил соотношение между векторной скоростью (v), массой заряда () и расстоянием (r) в следующем виде:

, (4.16)

где v – скорость смещения частиц грунта, см/с;

К и n – соответственно коэффициент и показатель степени;

– масса заряда ВВ, кг;

r – расстояние до места взрыва, м.

Это предложение М.А. Садовского принято и учтено в соответствующих параграфах ЕПБ при расчете сейсмически безопасных расстояний.

Согласно ЕПБ, при одновременном (без замедления) взрывании группы из N зарядов общей массой втех случаях, когда расстояния от охраняемого объекта до ближайшего и наиболее удаленного заряда различаются не более чем на 20 %, безопасное расстояние определяется по формуле

 

(4.17)

При неодновременном взрывании N групп зарядов общей массой cо временем замедления между взрывами каждой группы не менее 20 мс, безопасное расстояние определяется по формуле[1]

, (4.18)

где – безопасное расстояние от места взрыва до охраняемого здания (сооружения), м;

– коэффициент, зависящий от свойств грунта в основании охраняемого здания (сооружения) (табл. 4.3);

– коэффициент, зависящий от типа здания и сооружения (табл. 4.4);

– коэффициент, зависящий от условий взрывания (для зарядов рыхления = 1);

– масса заряда, кг.

Таблица 4.3

Коэффициент геологических условий

Скальные породы плотные, ненарушенные
Скальные породы нарушенные, неглубокий слой мягких грунтов на скальном основании
Необводненные песчаные и глинистые грунты глубиной не более 10 м
Почвенные обводненные грунты и грунты с высоким уровнем грунтовых вод
Водонасыщенные грунты

 

Таблица 4.4

Значения коэффициента

Одиночные здания и сооружения производственного назначения с железобетонным металлическим каркасом	1,0
Одиночные здания высотой не более 2-3-х этажей с кирпичными и подобными стенами	1,5
Небольшие жилые поселки	2,0

 

С учетом реальных условий взрывания, допустимых скоростей смещения грунта для зданий и сооружений, жилых домов поселков и т.п. в проекте производства взрывных работ определяются предельно допустимые массы зарядов при мгновенном (кг) и короткозамедленном взрывании в зависимости от расстояния между охраняемыми объектами и местом взрыва одновременно взрываемых зарядов (м).

Расчет сейсмобезопасного расстояния по вышеприведенным формулам выполняется из предположений, что охраняемые здания и сооружения находятся в удовлетворительном техническом состоянии. При наличии в зданиях и сооружениях повреждений (трещины в стенах, фундаменте и т.п.) безопасное расстояние должно быть увеличено, что устанавливается по заключению специализированной организации.

Рассмотренная методика расчета сейсмобезопасного расстояния неприменима для зданий и сооружений уникального характера (башни, высотные здания и т.п.) и для ответственных инженерных сооружений.

Используя формулу М.А. Садовского и результаты промышленных взрывов ЦПЭССЛ треста «Союзвзрывпром», можно предложить расчетное выражение для определения максимальной скорости смещения грунта в основании здания

, (4.19)

где – число групп одновременно взрываемых зарядов;

– коэффициент сейсмичности, характеризующий влияние геологического строения участка, глубины заложения заряда и пр., и не относящийся к массе заряда ВВ и расстоянию.

На основании многочисленных инструментальных замеров в формуле (4.16) принято, что показатель степени » 1,5.

Значение коэффициента сейсмичности изменяется в диапазоне от 100 до 400, при этом при значении = 400 фактические значения будут с вероятностью 84% ниже, чем определяемые по вышеприведенной формуле.

Для многократных взрывов (массовые взрывы на карьерах) на стадии проектирования для расчета радиуса сейсмобезопасной зоны принимается верхнее значение коэффициента = 400. При однократном взрыве можно принять среднее значение = 250.

Выражение определяет степень снижения сейсмического эффекта при короткозамедленном взрывании, по которому могут определяться предельно допустимая масса заряда ВВ и радиус сейсмобезопасной зоны с учетом предельно допустимых скоростей смещения .

 

кг, (4.20)

, м. (4.21)

 

Значения допустимых и предельных критических скоростей (большие значения) приведены в табл. 4.5. Здесь же приводится шкала балльности, принятая при оценке силы землетрясения.

Выбор критической скорости является определяющим фактором при расчете сейсмобезопасных расстояний. В большинстве случаев при однократном взрыве в качестве нормативной критической скорости смещения грунта может приниматься = 10 см/с.

Многолетняя практика ЦПЭССЛ треста «Союзвзрывпром», [11] показывает, что для обычных зданий и сооружений, находящихся в исправном состоянии, без каких-либо повреждений основных конструктивных элементов (несущих конструкций) при многократных взрывах = 3 см/с. Для промышленных зданий, являющихся более прочными, в которых нет аппаратуры или оборудования, особо чувствительных к вибрациям, можно принять = 5 см/с. Для зданий, имеющих значительные нарушения в виде трещин, = 1 см/с.

 

Таблица 4.5

Баллы	Характеристика колебаний и вызываемых ими нарушений	Допустимая скорость, см/с
	Колебания отмечаются только приборами	0,2
	Колебания ощущаются в отдельных случаях в тишине	0,2 – 0,4
	Колебания ощущаются некоторыми людьми или знающими о взрыве	0,4 – 0,8
	Колебания ощущаются многими людьми, дребезжание стекол	0,8 – 1,5
	Осыпание побелки, повреждение ветхих зданий	1,5 – 3
	Тонкие трещины в штукатурке; повреждение зданий, имевших деформации	3 – 6
	Повреждение зданий, находящихся в удовлетворительном состоянии; трещины в штукатурке, падение кусков штукатурки, тонкие трещины в стенах, трещины в печах, трубах	6 - 12
	Значительные повреждения зданий: трещины в несущих конструкциях и стенах, большие трещины в перегородках, падение труб, обвалы штукатурки	12 – 24
	Разрушение зданий: большие трещины в стенах, расслоение кладки, падение некоторых участков стен	24 – 48
10-12	Большие разрушения и обвалы зданий

 

Учитывая психологическое воздействие взрыва на людей, не связанных со взрывными работами (население поселков, городов, в которых также расположены больницы, детские учреждения и др.), можно предложить в качестве критической по психологическому фактору = 1 см/с.

В табл. 4.6 приведены предельно допустимые скорости колебания грунта в основании некоторых типов зданий и сооружений при многократном и однократном воздействии.

Выбор предельной критической скорости смещения и, следовательно, определение предельно допустимых масс зарядов ВВ при оценке сейсмического воздействия, особенно для зданий и сооружений уникального характера или имеющих те или иные повреждения, должы рассматриваться каждый раз конкретно, причем иногда это сопряжено с определенными трудностями. Так, наиболее трудными являются случаи, когда необходимо установить значение критической скорости смещения для поврежденных зданий и сооружений, у которых по той или иной причине исчерпана часть их несущей способности.

Таблица 4.6

Тип сооружения	Допустимые скорости колебаний, см/с
при многократных взрывах	при однократных взрывах
Крупнопанельные жилые здания; ветхие каменные здания; исторические и архитектурные памятники	1-1,5
Жилые общественные здания всех типов, кроме крупнопанельных; административно-бытовые и промышленные здания, имеющие деформации; котельные
Административно-бытовые и промышленные здания промплощадки; высокие трубы; железнодорожные тоннели; транспортные эстакады
Одноэтажные каркасные промышленные здания; металлические и монолитные железобетонные сооружения; гидротехнические тоннели; шахтные копры башенного типа с металлическим каркасом и навесными панелями
Легкие деревянные здания
Лечебные и детские учреждения (сады, ясли и др.)		-
Здания, стоящие на оползнях или просадочных грунтах		-