爆炸排淤法處治軟土地基的施工實(shí)踐與體會(huì)

摘要:本文著重介紹了爆破排淤用于高速公路軟基處理的地質(zhì)狀況，施工方案選擇、施工程序安排、處治效果分析、效益及應(yīng)用前景等。

關(guān)鍵詞:爆破排淤 軟基處理 施工體會(huì)

高等級(jí)公路對(duì)線形的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有嚴(yán)格的要求，為了滿足這一要求，路線不可避免地要穿越某些地質(zhì)不良地帶，在沿海地區(qū)廣泛分布的軟土最具代表性，它給高等級(jí)公路建設(shè)增加了很大的困難，所以積極探索適合于本地區(qū)的軟土處治技術(shù)，不斷擴(kuò)展處理途徑，努力提高處治效果，仍然具有十分重要的意義。

一、試驗(yàn)段地質(zhì)概述

取某工地K3、K4兩段路堤范圍內(nèi)淤泥的最大深度分別為17.1和17.5米，下伏碎卵石持力層的頂板最大橫坡分別為30%及36%，地層具有海灣灘涂的代表性，從靜力觸探斌驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，兩段的地質(zhì)情況基本相似。均可分為4個(gè)亞層，依次為:地表的碎卵石層，分布于西側(cè)海岸坡角:在路堤范圍內(nèi)分布厚度0～1米，比貫入阻力平均值為2.36Mpa;上部淤泥層厚度0.8～13.4米，層內(nèi)局部有極薄的砂透鏡體，表層因潮水漲退的影響，呈流動(dòng)狀態(tài)，比貫入阻力0.02～0.40Mpa;下部淤泥層厚度9.4～8.2米，層內(nèi)下部普通發(fā)育有極薄的砂透鏡體，比貫入阻力為0.4一0.8Mpa;下伏碎卵石層，比貫入阻力大于2.96Mpa，該層為持力層.另?yè)?jù)詳勘鉆探資料，淤泥層含水量為57.6～89.O%，天然密度為14.6～16.3KN/M3，天然孔隙比為1.55～2.40，液限含水量為48.8～74.0%，塑性指數(shù)為20.2～43.3，充分說(shuō)明淤泥層的工程性質(zhì)很差。

二、爆炸排淤施工方案的選擇

K3與K4段雖然場(chǎng)址的地質(zhì)層狀基本相似，但軟土的厚度，持力層板的走向以及周?chē)牡匦巍⒌匚锏惹闆r不盡一樣，所以分別采用不同的爆炸排淤方案。

1、K3段堤端爆炸排淤方案

K3段長(zhǎng)度200米，與建筑物距離較遠(yuǎn)，用藥量不受限制。路線離岸坡比K4段要遠(yuǎn)一些。雖然淤泥的厚度也是內(nèi)側(cè)薄外側(cè)厚，但內(nèi)側(cè)淤泥的厚度變化在1.44～9.51米之間，明顯比K4段厚，路中線處淤泥厚度變化在2.1～14.45.米之間，外側(cè)淤泥層厚4.05～17.41米。該段經(jīng)研究決定采用全斷面縱向推進(jìn)的堤端爆炸排淤方案，即在距基范圍內(nèi)拋石形成頂寬29米的填石路堤，堤面高程內(nèi)側(cè)為5米，外側(cè)為6米(地面高程在0.6～1.3米之間)。當(dāng)?shù)滔萝浲恋暮穸却笥?米時(shí)，停止拋填，在堤端坡腳外l～2米處成孔并埋設(shè)藥包，布藥的寬度13～16米，由7～8個(gè)炮孔組成。孔距2.5～3米，用藥量根據(jù)軟土的厚度確定，單孔藥量40—60公斤。爆炸后也像堤側(cè)爆炸一樣進(jìn)行補(bǔ)拋，并向前推進(jìn)5米左右。本段實(shí)施時(shí)，從南北兩端向中間推進(jìn)，在推進(jìn)的過(guò)程中堤端的淤泥包不斷隆起，當(dāng)北端推進(jìn)到K3+700南端推進(jìn)到K3+760時(shí)，兩端的淤泥包已匯聚在一起，為了便于淤泥的排除，停止全面推進(jìn)，改為沿內(nèi)側(cè)先爆炸拋填一條內(nèi)堤，內(nèi)堤面寬l0米，堤面高程6米，每次在內(nèi)堤端布置5～6個(gè)藥包，推進(jìn)長(zhǎng)度5米左右。內(nèi)堤對(duì)接后，改用堤側(cè)爆炸的方法，從內(nèi)向外排除淤泥。

2、K4段堤側(cè)爆炸排淤方案

K4段長(zhǎng)度290米。路堤內(nèi)側(cè)緊靠岸坡，淤泥層很薄，只有0～1.2M，大部分持力層已外露地表，在中線位置淤泥層厚7.8～15.5M，中線外側(cè)27M處淤泥層厚度l5.11～l7.54米，持力層頂板橫坡從內(nèi)向外傾斜，橫坡度8%～36%，路線與打石坑村莊民房相距很近，最近的距離只有30米左右。爆炸用藥量必須嚴(yán)加限制，避免震塌民房。為了充分利用有利的地形條件，減少用藥置，決定采用堤側(cè)爆炸排淤方法。具體施工程序是，先在路線內(nèi)側(cè)路堤范圍內(nèi)拋石填筑一條內(nèi)堤，內(nèi)堤頂寬10米，堤面高程7.0米，軸線距躊中線10.5米，內(nèi)堤所在位置淤泥層不厚，填筑并不困難，淤泥較深處，偶有滑坍現(xiàn)象，一旦發(fā)生則補(bǔ)拋填平。內(nèi)堤填好后，在內(nèi)堤坡腳外約1米建成孔埋藥，孔位間距2米，單排線狀排列，與內(nèi)堤平行，孔深約為軟土厚度的三分之二。通常每10炮為一組引爆一次，全長(zhǎng)290米一般須布置l3～15組。歷時(shí)25—30天，稱(chēng)為一個(gè)循環(huán).每次爆后即用石塊將下坍的內(nèi)堤填平，使其重新達(dá)到7.0M的堤面高程，并同時(shí)把內(nèi)堤寬度向外側(cè)加寬5米左右，這樣經(jīng)過(guò)5個(gè)循環(huán)，堤面寬度可達(dá)到30米左右，采用這種爆炸排淤方法。拋石體從內(nèi)往外排擠淤泥，所以在路基外側(cè)地面隆起4～5米，其寬度可延續(xù)至路堤坡腳外40～50米，自然形成反壓護(hù)道，這對(duì)路堤的穩(wěn)定無(wú)疑是十分有益的。

三、爆炸排淤填石的施工程序

爆破排淤填石的施工工序如下所示:

拋填→爆前測(cè)量→成孔→埋藥→起爆→爆后測(cè)量→補(bǔ)拋石塊

拋填，在需要排淤填石的位置，按設(shè)計(jì)要求放樣。先拋填一定數(shù)量的石塊，對(duì)石塊的粒徑?jīng)]有嚴(yán)格要求，便于裝卸和運(yùn)輸即可，宜采用載重汽車(chē)運(yùn)輸，拋填的速度直接關(guān)系到工程進(jìn)度，由于拋填量很大，石料開(kāi)采和運(yùn)輸應(yīng)認(rèn)真組織安排，宜晝夜連續(xù)施工.在拋填過(guò)程中有時(shí)會(huì)有坍塌現(xiàn)象發(fā)生。此時(shí)應(yīng)補(bǔ)拋使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

爆前、爆后測(cè)量，主要作為判斷和分析爆炸排淤效果的依據(jù)，每l0～20米布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)定高程及縱橫斷面.技術(shù)人員根據(jù)所提供的測(cè)量數(shù)據(jù)，分析爆炸效果，及時(shí)調(diào)整施工方案。

成孔與埋藥，本工程采用專(zhuān)用的陸上成孔設(shè)備，成孔方法為振動(dòng)沉樁，成孔鋼管為內(nèi)徑毫米的無(wú)縫鋼管，頂部一節(jié)有法蘭盤(pán)，可與振動(dòng)錘連結(jié)，并開(kāi)有條形的裝藥口，成孔管由數(shù)節(jié)組成，每節(jié)長(zhǎng)度2～4米，采用絲扣聯(lián)結(jié)，可任意聯(lián)結(jié)成所需的長(zhǎng)度.、管端部可套上預(yù)制的水泥混凝土樁尖。成孔時(shí)，用l6噸的汽車(chē)起重機(jī)把已連結(jié)好的成孔器吊起，定位后套上樁尖，開(kāi)動(dòng)振動(dòng)錘，逐漸放松起重機(jī)的吊索，成孔鋼管徐徐下沉，如圖1所示。當(dāng)沉到設(shè)計(jì)深度時(shí)，通過(guò)滑輪及自動(dòng)脫鉤裝置，把預(yù)先制備好的藥包從裝藥口放至孔底，然后用水泵向管內(nèi)注水加壓，最后緩緩提升鋼管，藥包即埋入土中。

圖1成孔方法示意

藥包制作與起爆，藥包為園柱狀，直徑12～15厘米，長(zhǎng)度40～50厘米，用散裝炸藥裝袋制成。裝藥袋里外兩層，里面一層為專(zhuān)用的防水塑料袋，外面一層為聚丙烯編織袋。每藥包有一股導(dǎo)炸索，引至導(dǎo)爆藥包，導(dǎo)爆藥包內(nèi)有兩個(gè)電雷管，通過(guò)導(dǎo)線與點(diǎn)火器連結(jié)。

補(bǔ)拋，在爆炸后原來(lái)的拋石體下沉或滑坍，地面高度驟然下降，這時(shí)必須用石塊填平，并向外擴(kuò)展，為下輪爆炸作好準(zhǔn)備。

爆破作業(yè)工班由14人組成。班長(zhǎng)一人由技師擔(dān)任，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)指揮和組織協(xié)調(diào)工作，并隨時(shí)檢查分析排淤效果，調(diào)整施工方案。電工1人，負(fù)責(zé)發(fā)電和機(jī)械檢修。16噸汽車(chē)起重機(jī)駕駛員1人，負(fù)責(zé)成孔設(shè)備的起吊就位及機(jī)械設(shè)備裝卸。工具車(chē)駕駛員l人，負(fù)責(zé)人員設(shè)備、材料運(yùn)送。抽水工1人，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)供水。工地安全員l人，負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)安全保衛(wèi)及警戒工作。爆破工2人，負(fù)責(zé)藥包制作及爆破線路的連接和起爆。測(cè)量工2人，負(fù)責(zé)爆炸前后測(cè)量和圖表制作。其他鋪助工4人，負(fù)責(zé)協(xié)助成孔、裝藥等各種工作。每次爆破成孔6～10個(gè)，約需2.5～4小時(shí)。

四、處治效果的初步分析

1、清淤置換的深度

采用爆炸排淤填石的方法是否能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求的清淤置換深度，是最令人擔(dān)心的問(wèn)題，為此在爆炸排淤之前，采用靜力觸探的方法每隔50米測(cè)定一個(gè)橫斷面，每個(gè)橫斷面布置4個(gè)靜力觸探孔，分別位于路中心，距中心左、右各22米以及左側(cè)(外側(cè))32米等處，繪制地質(zhì)縱、橫斷面圖，在爆炸擠淤結(jié)束后，布設(shè)了5個(gè)地質(zhì)鉆孔，查明拋石置換的深度和殘留淤泥層的厚度，并采用物探的方法，分別測(cè)定路中線以及中線外12米、24米等處拋石體的厚度及殘留淤泥層的厚度等。

采用鉆孔的方法探明拋石體的置換深度以及殘留淤泥層厚度，是最直觀、最可靠的檢測(cè)手段，但費(fèi)用高，每米鉆孔需600～800 元 。在爆炸排淤作業(yè)施工結(jié)束后所選定的5個(gè)具有代表性的點(diǎn)的鉆探結(jié)果，如表l所示，K3段設(shè)計(jì)要求當(dāng)軟土厚度小于9米時(shí)，殘留淤泥厚度不大于2米，現(xiàn)實(shí)際殘留厚度0.68～1.50米，已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。

K4段設(shè)計(jì)清淤8～10米，現(xiàn)實(shí)際清淤厚度6.41～l5.35米基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。采用物探方法檢測(cè)的結(jié)果與地質(zhì)鉆孔的結(jié)果基本相符，可以認(rèn)為清淤置換的深度已達(dá)到設(shè)計(jì)要求。從總體情況來(lái)看，路中線的置換率比較高，拋石體基本上已落至持力層上，殘留淤泥層厚很簿，從中線向外側(cè)，殘留淤泥層的厚度逐漸變厚。

2、沉降及穩(wěn)定性

工后殘余沉降量及路堤的穩(wěn)定性是衡量軟基處理效果的重要指標(biāo)，在爆炸排淤外業(yè)施工結(jié)束后，在K3與K4段共布置28個(gè)沉降觀測(cè)點(diǎn)，8個(gè)水平位移觀測(cè)點(diǎn)，并在K3+750中線外18米，K4+350中線外22米，及K4+425、K4+725外20米等處埋設(shè)4根測(cè)斜管，用測(cè)斜儀進(jìn)行深層位移觀測(cè)，根據(jù)目前所收集到的觀測(cè)數(shù)據(jù)分析，K4段從4月14日至8月20日，月平均沉降量在路中線位置為0.4～1.8厘米，在外測(cè)路肩處為l.28～1.79厘米，在外側(cè)距中線l8米處為1.49～3.28厘米，內(nèi)側(cè)路肩處淤泥層很簿，沉降量小于0.4厘米，K3段從5月5日至8月20日的觀測(cè)資料表明，在路中線處月平均沉降量0.89～2.86厘米，，外側(cè)路肩處2.64～3.17厘米，內(nèi)側(cè)(右側(cè))路肩處1.09～4.47厘米，外側(cè)距路中線l6米處2.44～5.31厘米.水平位移觀測(cè)的結(jié)果K3與K4段累計(jì)位移量均在0.4厘米以?xún)?nèi)，說(shuō)明路堤的穩(wěn)定性良好，與穩(wěn)定性驗(yàn)算的結(jié)論一致，對(duì)深層土體的運(yùn)動(dòng)情況，由于測(cè)斜儀的觀測(cè)時(shí)間較短，待后分析判斷。

五、效益及應(yīng)用前景

1、施工方法簡(jiǎn)便，所需的機(jī)具不多，技術(shù)也比較容易掌握，每次爆炸成孔l0個(gè)時(shí)，從成孔、埋藥至爆炸最多只需一天時(shí)間，經(jīng)處理后的地基即可繼續(xù)加載，不像其他處治方法一樣需要處處顧及地基的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，稍不注意就可能導(dǎo)致地基破壞，土體滑坍等施工事故，從而在很大程度上簡(jiǎn)化了施工控制工作。

2、處治的效果比較可靠。眾所周知，拋石擠淤是軟基處治中最原始、最簡(jiǎn)單、然而卻十分有效的處治方法之一，廣泛用于淺層軟土(厚度在3米以?xún)?nèi))的處治。爆炸排淤在保持其處治效果的同時(shí)，使處治的深度達(dá)到15～20米，彌補(bǔ)了普通拋石擠淤的不足之處，經(jīng)處治后的地基穩(wěn)定性好，沒(méi)有滑坍、斷裂現(xiàn)象，工后沉降量少。

3、進(jìn)度快，工期短。采用沙墊層，塑排板，袋裝沙井等排水固結(jié)的方法處治軟基，必須分級(jí)加載預(yù)壓，施工工期長(zhǎng)，以某工地為例，一級(jí)填土高度2米，填土?xí)r間2個(gè)月，填完后經(jīng)60～90天預(yù)壓后，再填一級(jí)，然后再預(yù)壓60天，如此逐級(jí)加載，達(dá)到路基設(shè)計(jì)高程后。還要預(yù)壓60～90天，直到月累計(jì)沉降小于8毫米時(shí)，才可鋪設(shè)路面，僅填土預(yù)壓就需要12至18個(gè)月，加上軟基處理，反開(kāi)槽修建橋涵構(gòu)造物，鋪設(shè)路面等工期長(zhǎng)達(dá)2.5年～3年，尚若采用爆炸排淤的方法，可縮短工期6～12個(gè)月。

4、適用性好。不論陸上水下，不論軟土的物理化學(xué)性質(zhì)如何不同均可適用，與其相比，深層攪拌樁，碎石樁，袋裝沙井，塑排板等的適用性要小得多，一般要根據(jù)軟土的物理化學(xué)性質(zhì)地質(zhì)構(gòu)造等選擇采用。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)軟土深度在10米以?xún)?nèi)時(shí)，爆炸排淤填石法處理軟基的費(fèi)用低于水泥粉噴樁而高于塑料排水板，如果綜合考慮由于工期縮短，工后沉降小等各方面因素所帶來(lái)的隱形經(jīng)濟(jì)效益。則采用這種方法處治軟基在經(jīng)濟(jì)上還是可行的，特別是石料來(lái)源豐富的地區(qū)。應(yīng)用前景十分廣闊。