基于爆破擠淤填石法的拋石堤地基處理施工技術(shù)與應用

莫 鋈 江西省港航設計院有限公司

鄭世武 天津臨港港務集團有限公司

我國東部沿海灘涂上，覆蓋著深厚的超軟基。如何在淤泥的軟基上修建海堤是人類一直研究探索的技術(shù)課題。經(jīng)過多年的摸索，逐漸出現(xiàn)了拋石強夯置換法，先在軟基上拋石，然后強夯。使得拋石著底，形成一個置換體，這樣置換體就會和原地基形成復合地基，來共同承受上部荷載。該法處理的軟基深度可以達到6-8m。砂樁、粉噴樁等也可用于處理海堤的軟基，但存在施工復雜、工期較長、質(zhì)量不穩(wěn)定、造價比較高等問題。本文以一個工程實例詳細介紹了一種新型的軟基處理技術(shù)爆破擠淤填石法。

1.工程概況

某港防波堤工程全長2408m，采用拋填開山石回填的工藝方法，斷面寬30米，淤泥厚度在5～8.8m之間，介于4～25m之間，符合規(guī)范要求的爆破擠淤法適宜深度，經(jīng)過參建單位多次討論，研究方案，本項目最終確定采用爆破擠淤填石法進行地基處理。

2.爆破擠淤

2.1 爆破擠淤的原理

爆破擠淤法也稱為爆破擠淤填石法，是處理軟土地基一種的方法。它是將一定深度里的淤泥通過爆破填石形成復合地基，達到設計要求的荷載且沉降量滿足要求的一種施工工藝。

其原理是：在軟基中直接或通過鉆孔埋放炸藥包，炸藥埋在距離拋石體外邊緣一定的距離和深度內(nèi)。爆破擠淤原理示意圖見圖1所示。藥包在堤身爆炸時，在起爆瞬間的爆炸會產(chǎn)生負壓，爆轟氣體會產(chǎn)生向淤泥內(nèi)作用，將軟土地基中的淤泥擠開。軟基中會形成一個空腔。拋石體隨之就會發(fā)生坍塌，充填到空腔內(nèi)。拋石體并整體滑向爆炸坑。在某一范圍和高度內(nèi)的軟土，會在非常短的時間內(nèi)將被置換成塊石體，拋石體會在自己重力作用下，進一步滑移或下沉入軟土地基中。經(jīng)過后續(xù)的多次爆破振動后，爆炸會形成擠壓效應，堆石體下沉至持力層。這樣就可以取得置換淤泥的效果。

圖1 爆破擠淤原理示意圖

2.2 爆破擠淤法的優(yōu)勢

爆破擠淤填石法處理海堤具有以下優(yōu)勢：

（1）爆破擠淤具有爆炸后空腔和在瞬間能夠完成置換這兩個特點。置換深度較深、范圍較大。不需要復雜的施工技術(shù)和大型的施工機械。爆破的時間非常短，車輛通過能力強。堤身推進速度快。

（2）防波堤導堤側(cè)向淤泥的反壓所形成的密實作用，會增加堤身拋石體的密實度，爆后沉降量在20cm-30cm。裝藥、拋填兩個工序可以一起進行，成堤速度不受天氣影響，僅取決于拋填速度，故施工速度大大提高。

（3）拋石分為陸上拋石和水上拋石，爆破擠淤可完全實現(xiàn)全部采用陸拋石，陸拋石費用較水拋石節(jié)省近一半費用。可縱向循環(huán)推進，非常適合較長防波堤施工。

（4）處理的淤泥厚度深。根據(jù)設計規(guī)范，爆破擠淤處理深度在4-12米，根據(jù)多年的工程實踐，多工程案例已經(jīng)突破12m，甚至有突破20m以上厚度的淤泥處理實例的出現(xiàn)。

3.爆破擠淤技術(shù)施工技術(shù)

3.1 施工流程

爆破擠淤的主要施工程序有:測量放樣、堤身拋填、堤頭爆炸、爆后循環(huán)、兩側(cè)爆填等。

3.2 參數(shù)確定

根據(jù)《水運工程爆破技術(shù)規(guī)范》，結(jié)合項目特點，在施工前要與參建各方討論，確定各種可能的因素會對爆破后果造成的影響。在編制施工方案時，要確定進行典型斷面施工，在工程中確定對淤泥爆破施工的各個施工參數(shù)。確定好各參數(shù)后，才能大面積展開施工。主要施工參數(shù)參見表1所示。

3.3 布藥方式

爆破擠淤填石法隨著步藥工藝和步藥機具的改進，目前主要有兩種步藥方式。主要有兩種步藥方式：壓入式布藥和振動式布藥。

（1）壓入式布藥。壓入式布藥機具,是用一臺挖掘機進行改裝而成的。壓入式布藥機將一個料斗替換成一個夾持機構(gòu)。送藥過程是利用夾持機構(gòu)，夾住一個送藥器，將藥推入泥中。送藥器是由一個裝藥倉和一根連桿兩部分組成。裝藥倉的半徑約17-18cm。

（2）振動式布藥。壓入式布藥方式的優(yōu)點是操作簡單，效率高，適合淤泥較淺的工況下操作。在堤身較高或淤泥較厚或淤泥中夾有砂層的工況下，受制于挖掘機臂長的限制，就不適用了。就需要采用采用另外一種方法，稱為振動式布藥方法。振動式布藥機具由吊車、振沖器、布藥器、發(fā)電機組組成。振沖器上安放鋼套管一根。藥包從鋼套管中安放，此法一孔可同時放多個藥包。振動式布藥的作業(yè)方式不受到風、浪、流和水深的影響。這種布設方法缺點是成本較高。

本項目根據(jù)淤泥厚度和水深的特點，采用插入式布藥的方式，這種布藥方式操作簡單，比水上裝藥的時間節(jié)省2-3個小時。

4.爆破擠淤質(zhì)量檢測

為了檢測爆破擠淤的效果，爆后需要檢測，目前最常見的三種方法分別是體積平衡法、鉆孔探摸法、探地雷達法。

4.1 體積平衡法

體積平衡法是爆炸前后分別每20米測量堤身斷面，由此估算出拋填的石料下沉的體積。在橫斷面測量時候，每2米測一個標高點。繪制出拋填斷面圖。在施工過程中記錄拋填石料放量，通過爆前和爆后兩個體積數(shù)，能估算出落底深度和推進距離。此法簡單實用，誤差比較大，需要配合它法一起使用。體積平衡法在使用時沒有考慮到斷面的實際形狀，以設計斷面進行換算，估算拋石體的落底深度時誤差較大。

表1 施工參數(shù)表

4.2 鉆孔探摸法

鉆孔探摸法是用來檢驗爆破擠淤的一種最常見的辦法。該法利用鉆機，用回旋法將鉆頭直接鉆入地層，從而取得地層芯樣進行封層，可以獲得各層厚度，該法比較直觀可靠。該法目的是揭示拋填體的厚度，混合層的厚度。可以直觀的查明落底深度和厚度。

4.3 探地雷達法

探地雷達法是無線電波來確定地下介質(zhì)分布的一種方法。用一種叫淺層地震儀的儀器，測試聲波，從而驗證對鉆孔的拋石底的高程。根據(jù)接收電磁波的波型、振幅強度和時間的變化特征，推斷地下介質(zhì)的形狀、位置和埋深。可作縱斷面檢測和橫斷面檢測。探地雷達法應用在很多領(lǐng)域，檢測范圍廣，檢測速度快。是目前最具有發(fā)展前景的檢測方法。

上述的3種檢測方法，在實際工程中都被采用過，經(jīng)過多方比較，本項目采用體積平衡法和探地雷達法兩種方法，共同驗證淤泥爆破效果。

采用體積平衡觀測方法，對觀測結(jié)果進行了分析。結(jié)果表明，采用爆破夯實法對水下拋石床進行夯實。其中最大下沉量約1.65m,平均夯實率為15%。整體來說，通過體積平衡法測量的兩次體積證明夯實的效果明顯，符合設計的要求。

采用探地雷達檢測方法爆破擠淤海堤橫斷面形態(tài)的檢測，當海堤兩側(cè)有海水覆蓋時，橫斷面探地雷達檢測可分三段進行，其中堤頂段采用點測方式進行，點距0.5m，兩側(cè)邊坡及水下部分，可在堤頂處將探地雷達天線翹起一定角度，固定地面天線不動，另一天線緩慢勻速降落，對水下部分進行連續(xù)掃描，以探測石堤的邊緣形態(tài)。水下部分的檢測也可以在水上進行，為了避免船只的干擾，檢測所用的船只必須是非金屬的，可使用玻璃鋼船或木船進行檢測。通過兩種方法檢測結(jié)果表明，本項目的爆破擠淤效果良好，取得了預期的效果。

5.小結(jié)

爆破擠淤填石法適用于有軟土層的防波堤地基處理。該施工技術(shù)在處理地基中工藝相對簡單，能夠增強防波堤基床穩(wěn)定性，能夠較大節(jié)省工程投資和縮短工期。該方法可值得推廣使用。