偏心爆破擠淤技術(shù)應(yīng)用研究

王衛(wèi)東，宋兵

（連云港港口工程設(shè)計研究院有限公司，江蘇 連云港 222042）

0 引言

爆破擠淤法是利用炸藥爆炸的力量將石料置換淤泥的動力地基處理方法，適合于海堤及圍堰地基處理。爆破擠淤法施工工藝是通過爆破形成空腔讓已拋土石方靠自重填入空腔，并落在硬土層上，形成在原軟土層內(nèi)含土石方比例較大的混合體。拋石工藝采用陸上拋填，先進行堤頭爆填，每次爆破循環(huán)推進量一般為6～8 m，然后進行側(cè)爆，使坡腳充分落底，最終形成堤身坡度為1∶0.8～1∶1.5。該方法顯著優(yōu)點是非常適合淺灘作業(yè)條件，拋石和埋藥、起爆可全部在陸上施工完成，不存在挖泥和棄土問題；不需要大型施工機械設(shè)備和復(fù)雜的施工工藝，施工速度較快、投資省、見效快；軟基處理深度可達到10～30 m，落底效果好，成堤和陸域吹填時的整體穩(wěn)定性強。

1 工程情況

連云港海濱新城金海一期陸域形成海堤及圍堰工程位于黃海海州灣南部，海堤及圍堰總長近15 800 m。根據(jù)勘探資料，場區(qū)土質(zhì)表層為淤泥，淤泥層層底標(biāo)高-11.65～-6.70 m，平均-9.13 m；厚度5.15～11.75 m，平均8.17 m。該淤泥層含水量高，孔隙比大，壓縮性高，力學(xué)強度低及透水性差，為海灣緩慢流水條件下的沉積物，易產(chǎn)生沉降和不均勻沉降，屬不良工程地質(zhì)。針對該地區(qū)的地質(zhì)條件，工程采用爆破擠淤施工工藝進行施工。爆破擠淤填石筑堤工藝為連云港當(dāng)?shù)匕l(fā)明，具有施工速度快、工期短、工后沉降小、沉降時間短的優(yōu)點。

2 常規(guī)爆破擠淤技術(shù)運用的局限性

當(dāng)軟土厚度在15 m以內(nèi)時，常規(guī)爆破法要求圍堰橫斷面落底寬度為不小于0.8倍堤底寬度B，其中堤中落地寬度為0.4B，內(nèi)外坡為0.2B，經(jīng)爆破后堤底殘留混合層厚度≤1.0 m，形成如圖1的典型斷面。

連云港海濱新城金海一期陸域形成海堤及圍堰工程若采用常規(guī)爆破擠淤技術(shù)，即通過堤頭爆填法推進形成拋石堤身，然后進行兩側(cè)爆破將形成圖1所示斷面，這樣的斷面其拋填開山石的工程量是非常巨大的。尋求一種結(jié)構(gòu)上安全可靠、工后沉降小、工程量小的優(yōu)化斷面迫在眉睫。

3 設(shè)計斷面型式及穩(wěn)定計算

3.1 設(shè)計斷面型式

根據(jù)圍堰內(nèi)側(cè)吹填的特點，設(shè)計上采用“堤頭端部偏心爆填（將炸藥布置在軸線的外側(cè)）+海側(cè)爆填，海側(cè)坡腳爆夯”的施工工序，經(jīng)過堤頭爆填，堤身海側(cè)爆填，外側(cè)坡腳爆夯、理坡以及護面結(jié)構(gòu)等工序形成近期和遠期斷面型式，詳見圖2和圖3，此斷面比常規(guī)爆破擠淤斷面節(jié)省21%的用石量。

圖1 常規(guī)爆破擠淤典型斷面圖

圖2 近期斷面

圖3 遠期斷面

3.2 斷面穩(wěn)定計算

為了保證以上設(shè)計斷面的可行性，分別對近期和遠期斷面的不利情況進行穩(wěn)定驗算。對于近期，最不利情況即堤后方吹填對堤的不利影響。近期斷面設(shè)計頂標(biāo)高為6.5 m，吹填標(biāo)高為6.5 m，吹填土為淤泥，并考慮10 kPa施工荷載，計算結(jié)果詳見圖4。

圖4 近期穩(wěn)定計算圖

根據(jù)計算，該斷面穩(wěn)定系數(shù)：k=1.204，滿足規(guī)范要求。

為了確保使用期海堤的穩(wěn)定性，現(xiàn)對海堤的遠期斷面穩(wěn)定性進行驗算，考慮10 kN使用荷載，其計算結(jié)果如圖5。

圖5 遠期穩(wěn)定計算圖

根據(jù)計算，該斷面穩(wěn)定系數(shù)：k=1.254，滿足規(guī)范要求。因此，偏心爆破擠淤技術(shù)在理論上是可行的。

4 施工工藝

本工程采用偏心爆破擠淤技術(shù)處理軟基，雖然偏心爆破擠淤的機理與傳統(tǒng)爆破擠淤機理一致，但是在施工工藝上略有不同，即在炸藥擺放位置上不同。在堤頭爆填時，埋藥的位置是偏軸線的而不是對稱的（如圖6），這樣就形成了不對稱的斷面，從而符合設(shè)計斷面的要求。

圖6 端部爆破平面示意圖

4.1 堤頭爆填

4.1.1 爆破參數(shù)設(shè)計

1）藥量計算：

①線藥量：q=（0.2～0.6）LH·Hm

式中：q為線藥量，kg/m；LH為單循環(huán)進尺量，一般為8～12 m；Hm為淤泥深度，m，本工程按9 m計算。

②單次爆炸藥量 Q=（0.8～1.2）B·q。

式中：B為堤頭處寬度，m。如果爆炸場地附近有重要建筑物時，一次爆炸總藥量應(yīng)根據(jù)爆炸振動速度公式進行驗算。

2）藥包埋深：HB=（0.45～0.55）Hm，m。

3）藥包間距b：一般取2～3 m。

4）群藥包寬度：LB=（0.8～1.2）B，m。

4.1.2 施工工序

采用自卸卡車按設(shè)計要求推填堤心，當(dāng)達到爆填進尺時，開始爆填作業(yè)。在推填堤心前方一定距離內(nèi)，將藥包埋入淤泥下，采用導(dǎo)爆索傳爆網(wǎng)絡(luò)，陸上起爆。爆炸動能將淤泥排開，形成爆坑，同時爆炸的震動效應(yīng)使淤泥受到強烈擾動，強度大大降低，堤頭石料在瞬時內(nèi)塌落，并沿淤泥強度小的方向滑移。在嚴格控制進尺和拋填量的情況下，經(jīng)過多次爆炸和振動，石料落到持力層上，完成了石料對淤泥的置換。工藝過程：①設(shè)立堤軸線和兩側(cè)拋填邊沿線標(biāo)記；②按兩側(cè)拋填邊沿線標(biāo)記和進尺要求進行拋填；③進行堤頭進尺、堤身寬度及高程測量，滿足要求后進行裝藥作業(yè)，否則補拋；④在推填堤心石前方一定距離內(nèi)，將藥包埋入淤泥下，采用導(dǎo)爆索傳爆網(wǎng)絡(luò)陸上起爆；⑤爆炸動能將淤泥排開，形成爆坑，同時爆炸的震動效應(yīng)使淤泥受到強烈擾動，強度大大降低，堤頭石料在瞬時內(nèi)塌落，并沿淤泥強度小的方向滑移；⑥在嚴格控制進尺和拋填量的情況下，經(jīng)過多次爆炸和振動，石料落到持力層上，完成了石料對淤泥的置換。

4.2 堤身側(cè)爆填

完成堤頭爆填后，石料基本落到持力層上，在本工程中為滿足圍堰承受側(cè)向荷載的要求，仍需對堤身外側(cè)進行側(cè)爆填，以便加寬堤身和整形，達到設(shè)計要求，如圖7所示。爆炸設(shè)計和施工方法與堤頭爆填相同。一般情況下，堤身側(cè)爆填可在堤頭爆填后100 m時開始。堤身側(cè)爆填循環(huán)進尺一般為30～60 m。按設(shè)計要求，外側(cè)進行1次側(cè)爆。

圖7 側(cè)面爆破平面示意圖

堤頭和堤身內(nèi)、外側(cè)爆填處理后，經(jīng)理坡達到設(shè)計斷面。

布藥方式都為陸上裝藥，不受風(fēng)浪及氣候的影響。

4.3 外側(cè)坡腳平臺爆夯

完成堤頭和側(cè)向爆填，對圍堰進行補拋達到設(shè)計標(biāo)高后，在外側(cè)坡腳平臺進行一次爆夯，使平臺進一步密實和整形，如圖8所示。

圖8 爆夯過程示意圖

5 階段檢測

5.1 體積平衡檢驗

根據(jù)每炮拋填石料質(zhì)量、方量記錄，堤心爆填進尺每30 m左右進行1次體積平衡檢驗，即在準(zhǔn)確統(tǒng)計上堤方量的基礎(chǔ)上，比對設(shè)計斷面方量，以便確定堤心石落底情況。根據(jù)檢驗結(jié)果，可適當(dāng)調(diào)整爆炸參數(shù)。

5.2 鉆孔檢測

采用拋石體鉆孔檢測方法，直接探明拋石體下部狀態(tài)。鉆孔位置由業(yè)主單位和監(jiān)理單位共同確定。在堤完成200 m后，鉆2～4個孔進行檢測。檢測結(jié)果作為調(diào)整拋填及爆破參數(shù)的依據(jù)。其它鉆孔檢測可在爆炸處理過程中或者結(jié)束后進行。

5.3 沉降位移觀測

爆炸處理結(jié)束時，在堤身上設(shè)立沉降和位移觀測點各15個，連續(xù)觀測3個月，累積沉降量應(yīng)小于20 cm。

6 效果檢測

6.1 鉆孔檢測

考慮到爆破落底對圍堤的穩(wěn)定至關(guān)重要，需對已施工的圍堤進行檢測。共布置3個檢測斷面分別位于圍堤側(cè)、中側(cè)、東側(cè)，每個檢測斷面3個鉆孔，共9個鉆孔。檢測結(jié)果表明，9個孔均無殘留淤泥，塊石均落底，達到設(shè)計斷面，從而保證了堤的穩(wěn)定性。

6.2 沉降位移檢測

為確保施工期和使用期圍堤的穩(wěn)定情況，在施工期必須進行地基監(jiān)測和檢測，隨時掌握地基的變形和穩(wěn)定情況，以利于指導(dǎo)和調(diào)整施工速率，保證工程質(zhì)量。本次監(jiān)測布置沉降觀測點和位移觀測點分別為11個，觀測時間為5個月，主要是圍堤內(nèi)吹填期的觀測。為了更好地掌握沉降和位移變化過程，選取觀測點繪制出其平均沉降和位移隨時間的變化曲線，如圖9。

圖9 沉降和位移變化曲線

根據(jù)監(jiān)測結(jié)果分析，堤頂產(chǎn)生的累積沉降量為251 mm，累積側(cè)向位移為2 mm，觀測期間最大沉降速率為0.86 mm/d，最大位移速率為0.9 mm/d。沉降速率和位移速率均滿足設(shè)計和規(guī)范要求，從而保證了施工期間圍堤的安全性和穩(wěn)定性。

偏心爆破擠淤方法是在現(xiàn)有爆破擠淤法上的改進，由于該種方法形成的斷面尺寸小于傳統(tǒng)爆破擠淤法，因此可以節(jié)省一定的藥量、石料以及工期，即節(jié)省一定的資金和時間。另一方面，從海堤穩(wěn)定性來看，偏心爆破擠淤斷面穩(wěn)定性滿足規(guī)范要求且穩(wěn)定系數(shù)較好。

7 結(jié)語

1）偏心爆破擠淤法在海濱新城的施工已經(jīng)基本完成，通過多種檢測方法檢測表明，工程質(zhì)量完全合格達到設(shè)計要求，表明偏心爆破擠淤技術(shù)在本工程中取得了成功。

2）偏心爆破擠淤是傳統(tǒng)爆破擠淤的改良，它具有比傳統(tǒng)的爆破擠淤更節(jié)約成本，節(jié)省時間等優(yōu)點。

3）偏心爆破擠淤的前景是廣闊的,但有必要進一步對不同地區(qū)和性質(zhì)的軟土進行不同品種炸藥使用的設(shè)計參數(shù)研究,以便進一步積累工程設(shè)計與施工經(jīng)驗。

4）偏心爆破擠淤法在連云港海濱新城工程中的成功應(yīng)用為以后同類工程的施工積累了寶貴的經(jīng)驗。

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