復雜環境下爆破擠淤筑堤技術應用研究

朱 永， 徐 穎， 鄭志濤

(安徽理工大學 土木建筑學院， 安徽淮南 232001)

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復雜環境下爆破擠淤筑堤技術應用研究

朱 永， 徐 穎， 鄭志濤

(安徽理工大學 土木建筑學院， 安徽淮南 232001)

摘要：在狀元岙港區化工碼頭防波堤圍堤工程中，針對復雜環境下爆破擠淤筑堤施工中存在堤身偏心，持力層是斜面，淤泥的出路等問題以及大藥量爆破對周邊環境的危害，提出了合理的爆破方案，即筑堤方式的選擇、拋填參數、爆破參數以及起爆網路設計等。爆破質量檢測結果表明，鉆孔檢測結果與物探測試結果基本吻合，爆破擠淤筑堤取得了良好的工程效果。

關鍵詞：爆破擠淤； 拋填參數； 爆破參數； 質量檢測； 筑堤技術； 復雜環境

1引 言

隨著處理淤泥厚度的增加，在淤泥層修筑防波堤等護岸工程時，爆炸處理軟基技術的一些優越性得到了充分的體現。但是，對于深厚淤泥層中的爆炸擠淤工程，由于該項技術在處理深厚淤泥方面的相關機理認識欠缺，有關參數的設計主要依靠經驗。而淤泥層的深度越大，所需要的炸藥量也越大，爆炸對周圍環境的影響也越大。為了減少對周圍環境的影響，需控制炸藥的起爆量，但又會使泥石置換往往達不到理想的效果。

溫州港狀元岱港區化工碼頭工程防波堤全長879.9m，淤泥最深處為21m，爆炸擠淤段堤長620.4m。因此，開展狀元岱港區爆炸擠淤筑堤技術研究，對確保工程的順利完成具有重要的意義。爆炸擠淤填石示意圖如圖1所示。

圖1　爆前、爆后及循環拋填斷面Fig.1　The section of before and after the blasting and the circulation of the throw fill

2工程概況及難點

2.1工程概況

溫州港狀元岙港區化工碼頭工程防波堤為沿海港口一般水工工程。工程標段堤全長879.9m，堤心為拋填塊石混合料，外海側護面塊體采用扭工字塊和棱體大塊石。圍堤分為主堤與側堤，主堤總長度約為639.9m，采用爆炸擠淤和拋石擠淤斜坡堤結構;側堤長度約為240m，采用爆炸擠淤斜坡堤結構。拋石擠淤段堤長259.5m，拋石擠淤方量82 494m3；爆炸擠淤段堤長620.4m，爆炸擠淤工程量共629 118m3。爆破區域西南面距廟宇約120m(已棄用)，東南面距工棚約156m，西面距碼頭約130m，南面距高壓線10kV、多組通訊線約248m。具體位置關系見圖2。

圖2　爆破區域周圍環境Fig.2　Environment around the blasting area

2.2工程難點及應對措施

(1)圍堤的主堤外側水深、頂部窄、落底寬，外側坡腳延伸較長，外海側最遠距離軸線69m，坡比較大，為1∶2.5。根據爆破置換體積平衡原理〔1〕，為避免超方過多，減少水下開挖量，并保證落底寬度，在主堤施工中，拋填采用“堤身先寬后窄”的方法，堤頭爆填時，同時進行外側第一次側爆，置換體積較小的斷面時采用候潮施工，爆后堤身收縮再補拋上部堤心石，同時堤身縮窄。

(2)圍堤主堤的落底持力層坡比較大，堤身偏心、重力設計偏向低值，內側回填會造成內外側壓力不均衡，一次性處理不徹底，易造成海堤滑移，所以采用內、外側布藥時藥量不一樣的方法，以達到整體爆破擠淤時堤身的平衡。同時控制好內側回填進度，在主堤達到穩定后，回填才能從堤身向內側局部跟進回填，避免堤身由于回填石方對其造成過大的側向壓力而滑移。

(3)側堤置換淤泥較深、體積較大，爆破所需的藥量也較大，爆破振動會對周邊建筑結構造成一定的影響，為有效降低爆破施工時的振動效應，采用塑料導爆管雷管實施藥包間毫秒延時起爆來降低爆破振動。

(4)K0+100～270段，內側坡腳有原回填石料，將影響爆炸擠淤施工時淤泥的出路，而且持力層是斜面，容易造成堤身整體向外滑移，該段原回填石料一定待要清除干凈后再進行爆炸擠淤施工。

(5)側堤置換淤泥深度大，淤泥質粘土的力學性能較好，裝藥容易造成藥包回帶，影響爆破效果，科學合理的制定爆炸擠淤裝藥器是確保工程質量和進度的關鍵。為了保證裝藥深度，根據工程采用專利技術深水爆炸擠淤裝藥器，設計的裝藥器有藥包自動脫落反向門。

3爆破方案設計

3.1總體筑堤方案

工程軟基需置換的淤泥深度5.4m～21.0m，最大深度為21.0m，釆用爆炸擠淤和拋石擠淤進行處理。在樁號里程K0-29.9～K0+850中，K0-29.9～K0+100和K0+270.4～K0+400，筑堤方式為拋石擠淤，其它樁號為爆炸擠淤筑堤底方式。

施工過程中加強對爆前、爆后的檢測，及時調整拋填、爆破參數，以優化施工方案，做到爆后拋石落底，保證堤身拋填寬度、外側爆后開挖量小、外側平臺到位、堤身整體不滑移、爆破振動對周邊影響小。

3.2拋填參數設計

根據工程設計斷面形狀，采用爆炸擠淤處理軟基和“堤身先寬后窄”的拋填方法。爆炸處理時堤頭爆填與側向爆填同時進行，使爆后水下平臺達到一定寬度。爆后補拋時堤身縮窄以控制拋擲方量，盡量減少后期坡面整理的工作量。為抵抗海浪的沖刷作用，在拋填時盡量將大塊石拋在堤身外側。

根據防波堤堤身的設計高度，以施工期間海水水位不會漫過堤頂，且爆破后堤頂不超高、拋填高度最大化，最大限度地提高爆破擠淤效果、盡量降低成本等為原則，確定防波堤主堤拋填高程為+3m、側堤拋填高程為+5m。

深厚淤泥質軟基中堤壩平臺要在爆填堤頭時一次形成達到設計斷面，在后期側爆時向堤壩兩側將平臺拉出的效果十分有限，因此在確定拋填高度時要考慮防波堤堤身斷面設計寬度、堤身拋填高程、淤泥頂面高程等因素確定拋填寬度，同時還要考慮拋填時車輛的順利通行。

拋填進尺要根據工程地質情況、施工狀況和坡上重復拋填情況綜合考慮。根據各拋填參數的控制要求，確定了各個樁號的拋填參數，見表1。

表1　不同里程拋填參數設計

3.3爆破參數設計

根據爆炸法處理水下軟基經驗公式〔2〕，堤頭爆填單位長度裝藥量按下式計算：

Q1=q0LsHm

式中：Q1為線藥量，kg/m；q0為單位體積淤泥炸藥消耗量，kg/m3；Ls為單次推填的循環進尺，m；Hm為置換淤泥層的厚度，m。

根據爆破作業區有場地不良地基土層，且處于海域中，局部坡度大，軟土層性質差，厚度變化大，最厚處達21m、堤心為拋填塊石混合料，外海側護面塊體采用扭工字塊和棱體大塊石，內側護面為袋裝碎石及編織布一層以及炸藥的威力等特點。確定防波堤工程主堤炸藥單耗取0.13kg/m3～0.14kg/m3，考慮K0+220～K0+270.4和 K0+400～K0+440位置的淤泥厚度較小，該里程q0取0.13kg/m3，側堤炸藥單耗q0取0.12kg/m3～ 0.13kg/m3。經計算，狀元岙港區化工碼頭防波堤工程爆填參數如表2所示。

表2　側堤爆破參數

由于主堤淤泥置換厚度較小，考慮到爆破安全以及側爆作用等，試驗段暫不進行第二次側爆。根據試驗段施工檢測情況，再考慮主堤是否做第二次側爆。側堤第二次側爆爆破參數如表3所示。每次爆破裝藥深度參照《水運工程爆破技術規范》(JTS 204-2008)，并根據現場淤泥包厚度進行調整〔2〕。

表3　側堤第二次側爆參數

3.4裝藥設備與起爆網路

爆炸擠淤要求將炸藥放置到設計要求的位置，如淤泥中一定深度或在有覆蓋水時淤泥表面上。該防波堤工程拋填區域水體深、堤壩斷面面積大，外側坡腳線較長，選用50t履帶吊結合振沖錘的裝藥設備，并設計有自動脫落反向門。設備的設計原理見圖3。

起爆網路如圖4所示。藥包由裝藥設備布置到淤泥中預定位置，并將導爆索引出水面，藥包的導爆索之間形成并聯。為了提高網路安全性，主導爆索采用雙股，主導爆索由電雷管引爆。

圖4　起爆網路Fig.4　Initiation network

4爆破安全與質量檢測

4.1爆破安全控制

在擠淤筑堤爆破施工的同時，爆破的有害效應振動、沖擊波、個別飛散物、噪聲和粉塵等不可避免的產生，并影響著周圍環境。為了確保周圍建筑物、碼頭、高壓電線及其他臨時設施的安全，有必要對爆破有害效應進行研究分析，降低其對周圍的影響，保證工程的順利進行。

該防波堤爆炸擠淤工程上層水體深度較大，起到較好的防護作用。同時施工場地距高壓線最近248m、碼頭130m，最近的為一座巳廢棄的廟宇120m，而類似工程經驗表明爆炸擠淤時個別飛散物的距離一般在100m范圍內。因此，爆區周圍建筑設施是安全的。根據規程〔3〕，爆破時最小安全警戒距離取300m。

4.2爆炸擠淤工程質量檢測

爆炸擠淤筑堤工程質量檢測主要內容有：堤壩的斷面、落底標高是否達到設計要求，堤壩填料性質及厚度等。防波堤檢測工作的主要目的是查明圍堤堤心填料厚度及堤身下臥土層物理力學指標。主要對K0+020、K0+190、K0+230、K0+340、K0+420斷面的堤心填料厚度及堤身下臥土層物理力學指標進行鉆孔檢測。檢測結果顯示：圍堤堤心填料按成分不同分為上部塊(碎)石層和下部碎石混粉質粘土(混合過渡層)、下臥層中風化凝灰巖組成，與物探測試結果基本吻合。表明防波堤工程滿足設計標準，爆炸擠淤筑堤取得了良好的效果〔4-6〕。

4.3環境保護的監測

由于爆炸擠淤筑堤是在海域內進行作業，爆炸產物可能會對海洋的環境有影響。因此，在水下進行爆破時，前期應使用小藥量，將魚類的生物盡可能趕出作業區，減少魚類損失。此外，還應該配合有關部門對作業區進行監測，提供數據說明爆破擠淤對海洋生態環境沒有影響。

5結 語

(1)對于主堤外側水深、頂部窄、落底寬，外側坡腳延伸較長，設計采用“堤身先寬后窄”的拋填方法，爆后堤身收縮再補拋上部堤心石，同時堤身縮窄，實現爆破后的堤身斷面符合設計要求。

(2)采用內、外側布藥時藥量不一樣的方法解決堤壩落底持力層坡比較大、堤身偏心的問題，達到了整體爆破擠淤時堤身的平衡。

(3)采用塑料導爆管雷管實施藥包間毫秒延時起爆可有效降低爆破施工時的振動效應，而且采用導爆索與電雷管連接的起爆網路，實現施工方便快捷且傳爆可靠有效。

(4)通過質量控制標準的制定，爆破前拋填檢測、爆破器材檢測以及爆破后堤身斷面檢測、物探和鉆探檢測等手段，提高了爆炸擠淤筑堤工程質量。

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Research on blasting compaction embankment technology in complex environment

ZHU Yong, XU Ying, ZHENG Zhi-tao

(School of Civil Engineering and Architecture, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, Anhui, China)

ABSTRACT：In the chemical wharf breakwater embankment project of Zhuangyuanao port area, the problems of embankment construction by blasting compaction method in complex environment, such as the dyke eccentricity, the bearing layer inclined plane, silt outlet and large charge blasting harm to the surrounding environment were researched. A reasonable blasting plan including reasonable diking method, throw and fill parameters, blasting parameters and network design was proposed. The results of blasting quality detection showed that the results of hole-drilling and physical exploration method were almost the same. An excellent engineering effect was achieved by the blasting compaction method.

KEY WORDS:Blasting compaction; Throw fill parameters; Blasting parameters; Quality detection; Embankment technology; Complex environment

文章編號：1006-7051(2016)02-0056-05

收稿日期：2015-10-20

作者簡介：朱 永(1992-)，男，碩士，主要研究有關巖土工程的爆破技術。E-mail：1203497008@qq.com

中圖分類號：TD235.2； TU746.5

文獻標識碼：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.02.012