談前海海堤施工中的爆破擠淤及超高堆填工法

陳世聰

(深圳市土地投資開發(fā)中心，廣東深圳 518028)

爆破擠淤及超高堆填施工工法，是普通爆破擠淤施工技術(shù)的新的發(fā)展，通過采用堤頭清淤與超高堆填，提高了爆破擠淤施工技術(shù)對復(fù)雜地質(zhì)條件的適用性，進一步加強了海堤整體推進及落底的效果，滿足高標準海堤建設(shè)的質(zhì)量要求。該工法技術(shù)新穎先進，在縮短工程工期、降低造價、確保質(zhì)量、安全以及環(huán)境保護控制等方面取得了良好的效果，具有較好的應(yīng)用前景與推廣價值。

1 工程概況

1.1 地質(zhì)水文情況

填筑區(qū)域位于深圳市南山區(qū)前海灣，原始地貌為濱海灘涂，現(xiàn)狀地形包括海域和陸域，海域主要海產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，淤泥厚度較大，達8.0 m～16.0 m，未填筑前水深0 m～2 m，個別地段無水且淤泥表面結(jié)殼。

1.2 海堤設(shè)計情況

設(shè)計海堤總長2 370 m，海堤頂寬為20 m，設(shè)計標準為重現(xiàn)期100年，海堤的級別為1級。設(shè)計要求以淤泥底的粉質(zhì)粘性土為持力層，設(shè)計交工面標高為4.0 m，項目工期為7個月。

2 工程方案的選定

項目工期較緊，且海堤工程范圍表面固結(jié)結(jié)殼，拋石擠淤等常規(guī)施工方案實施難度較大，實施效果不佳。在試驗段采用爆破擠淤及超高堆填施工工法即取得了較好的效果。與拋石擠淤和壓載擠淤比較，該工法能大大提高擠淤的厚度與擠淤的效果;與普通的爆破擠淤比較，該工法由于改進普通爆破的大藥量為小藥量的群炮，安全性及可操作性高，對于周圍的影響可減少到較低限度，對海水不會造成污染，環(huán)境效益良好，同時改善了一次性用藥量過大，落底及推進效果不理想的缺陷;與插板固結(jié)或其他軟基處理技術(shù)比較(插板需6個～12個月堆載預(yù)壓期)，該工法落底效果較好，工期短;與施打攪拌樁或其他工程樁比較，該工法工程造價與海堤穩(wěn)定性具有明顯的優(yōu)勢。

另外，項目利用留仙洞的開山石材超高填筑海堤，可使落底及推進效果更好，超高填筑的石材卸載后用于前海的市政建設(shè)，使開山造地與填海及堤防建設(shè)相結(jié)合，一舉多得。

3 工藝原理

工藝原理是:在拋石體外緣一定距離和一定深度的淤泥地基中埋放炸藥包群，實施控制外爆，使淤泥按一定方式擾動并喪失強度，同時起爆瞬間在淤泥中形成空腔，即被拋石體外緣所填充，經(jīng)多次向前推進及側(cè)向外爆，使堤心石逐步沉落在持力層上;本工法在此基礎(chǔ)上進行延伸和創(chuàng)新，對影響爆破擠淤效果的海堤淤泥地基中存在的表面結(jié)殼或砂礫沉積層，或爆破擠淤過程中引起堤頭產(chǎn)生隆起的淤泥包進行清淤，采用長臂反鏟挖土機在堤身上進行堤頭清淤給予排除;同時采取堤頭超高堆填，提高堤頭石材的勢能，在進一步發(fā)揮石材自重的同時配合爆破擠淤，大大提高了爆破定向滑移的效果，確保了海堤的整體推進和充分落底，滿足高標準海堤的設(shè)計要求。

4 施工工藝及操作要點

4.1 施工工藝流程

施工工藝流程圖見圖1。

圖1 工藝流程圖

4.2 施工主要操作要點

4.2.1 堤頭清淤

利用穩(wěn)定性良好的堤身作為施工通道和工作面，采用履帶式長臂挖掘機行至堤頭位置，在堤頭上用長臂挖掘機，對影響爆破擠淤效果的海堤淤泥地基中存在的表面結(jié)殼或砂礫沉積層，或爆破擠淤過程中引起堤頭產(chǎn)生隆起的淤泥包進行清淤，自卸汽車配合外運到指定地方。

4.2.2 藥包制作及埋設(shè)

1)藥包制作。

藥包配重制作在爆炸處理作業(yè)施工前，將藥包配重(水泥砣)預(yù)先制作完成。主要材料為水泥、砂、石料等。爆炸處理作業(yè)前計算藥包數(shù)量、總藥量，并通知炸藥庫在指定時間運到工地。

2)炸藥品種。

爆炸處理軟基施工通常采用散裝乳化炸藥，主要是考慮炸藥的防水，而且乳化炸藥在藥包加工過程中不易散落，乳化炸藥的性能要滿足出廠時的性能參數(shù)，防止乳化炸藥時間過長，性能減低;導(dǎo)爆索:選用防水塑料導(dǎo)爆索，導(dǎo)爆索每米含TNT量為1.5 g。

3)藥包防護。

采用塑料編織袋防護，編織袋要求有一定的抗拉強度，外形尺寸與裝藥器的大小相匹配;藥包結(jié)構(gòu):爆炸處理軟基爆破采用集中藥包，單個藥包的重量根據(jù)設(shè)計選取。將稱量好的炸藥裝到塑料編織袋內(nèi)，用細麻繩捆扎袋口;將導(dǎo)爆索的一端做成起爆頭，插入炸藥內(nèi)部;導(dǎo)爆索的另一端用塑料防水膠布包扎。

4)藥包重量計量。

單個藥包的重量按淤泥層厚度計算選取，藥包重量的計量用臺秤稱重。單藥包的重量誤差為5%。

線藥量q(kg/m):

其中，LH為單循環(huán)進尺量，一般為4 m～7 m;HM為淤泥深度，m。

一次爆炸藥量Q:

其中，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)爆炸震動公式進行驗算。

藥包埋深HB(m):

藥包間距b(m):一般取為1.0 m～2.5 m。

群藥包寬度LB(m):

5)爆破網(wǎng)路的設(shè)置。

堤頭爆破共布置8個～11個藥包，爆破擠淤的爆破網(wǎng)路由起爆器、電雷管、起炮線、主導(dǎo)爆索、支導(dǎo)爆索和藥包組成。單個藥包內(nèi)不放置電雷管，導(dǎo)爆索起爆藥包靠起爆頭激發(fā)能量。起爆電雷管的集中穴應(yīng)朝向?qū)П鱾鞅较?，?dǎo)爆索端部伸出電雷管的長度應(yīng)大于15 cm。

6)藥包群埋設(shè)。

選用陸上成孔和裝藥的裝藥工藝，該工藝是在陸上用挖掘機和裝藥器成孔，陸(水)上裝藥。該裝藥機具組成主要由一臺履帶式挖掘機和裝藥圓管組成。320型挖掘機;管內(nèi)徑為280 mm，管長12.5 m(可加長)，裝藥量為24 kg/m。改裝CAT320B挖掘機布藥如圖2所示。

圖2 改裝CAT320B挖掘機布藥圖示

裝藥操作時履帶式長臂挖掘機行至指定位置，在堤頭上用長臂挖掘機，配備連接加長桿(根據(jù)淤泥深度配置)的裝藥器，將藥包(連上支導(dǎo)爆線)置于裝藥器內(nèi)，通過挖掘機的行走和旋轉(zhuǎn)將裝藥器定位，在設(shè)計的藥包埋置位置上用長臂挖掘機把連接加長桿的裝藥器壓入淤泥內(nèi)進入設(shè)計埋置深度，挖掘機臂上提，藥包在配重和淤泥、水壓作用下落至設(shè)計深度位置，只由支導(dǎo)爆線在地面與主導(dǎo)爆線連接。提起裝藥器進行下一循環(huán)作業(yè)。本工藝埋設(shè)一個單藥包約5 min。

4.2.3 超高填筑

為了使堤身的石材能利用其自重的作用充分下沉，裝好炸藥包群后，在推進方向的堤頭位置應(yīng)超高填筑一定的石方，寬度與推進的堤身相同，高度約4 m～5 m，沿推進方向長度約10 m，具體由淤泥的厚度與單循環(huán)進尺以及爆破系統(tǒng)的選擇計算，再通過試驗調(diào)整確定。當爆破時隨著淤泥強度的瞬間減弱與爆坑的形成以及爆破的震動作用，該超高填筑部分在自身重力作用下，迅速向前定向滑移，加強了定向滑移爆破擠淤的效果。

5 應(yīng)用工法效果情況

由于采用定向滑移爆破(見圖3)，海堤截面可控度高，前海填海區(qū)海堤填筑及軟基處理工程質(zhì)量達優(yōu)，能滿足設(shè)計的斷面要求;通過雷達掃描及抽芯檢驗，海堤落底效果較好，芯樣的泥石混合層厚度為0 cm～30 cm，海堤沉底效果十分理想(見圖4)，遠低于設(shè)計要求的堤底泥石混合層小于1.0 m的標準。

圖3 海堤爆破圖

圖4 海堤效果圖

6 幾點體會

1)采取堤頭超高堆填措施，提高了堤頭石材的勢能，在進一步發(fā)揮石材自重的同時配合爆破擠淤，大大提高了爆破定向滑移的效果，海堤的整體推進和落底的效果大為提高。

2)該工法利用群炮同步爆破使石堤整體推進，可改進普通爆破擠淤方法中單次堤頭炮用藥量過大、拋石推進效果不理想的不足，在經(jīng)濟性、適用性和可操作性上具有較大的優(yōu)勢。

3)采用長臂反鏟挖土機及時進行堤頭清淤，對淤泥表面的結(jié)殼層或表面砂礫沉積層以及實施爆破擠淤時引起的堤頭產(chǎn)生隆起的淤泥包進行清除，提高爆破擠淤的效果，增強了爆破擠淤對復(fù)雜地質(zhì)條件的適用性。

4)采用石材進行泥、石的置換，形成的穩(wěn)定性良好的堆石體既是堤身材料也提供了施工工作面，可節(jié)省鋪設(shè)施工輔道或采用其他施工機械或施工措施的費用。

5)由于沒有現(xiàn)成的規(guī)范可循，所以在施工過程的工藝、質(zhì)量控制、安全保證措施、環(huán)境影響監(jiān)控及評估等均必須制定嚴謹?shù)姆桨覆栏竦貓?zhí)行。在周圍環(huán)境復(fù)雜的特殊地段的實施應(yīng)適當考慮爆破震動對于周圍環(huán)境的影響。

［1］ JTS/204-2008，水運工程爆破技術(shù)規(guī)范［S］.

［2］ 王 田，王 峰，張 陽.大進尺爆破擠淤筑堤施工方法的探討［J］.爆破，2011(9)：5-6.

［3］ 張建勛，汪旭光，黃良材.關(guān)于規(guī)范中爆破排淤填石的爆破設(shè)計若干問題探討［J］.水運工程，2010(8)：50-51.

［4］ 張翠兵.厚層淤泥中采用爆炸定向滑移法修筑防波堤機理研究［R］.北京：鐵道部科學(xué)研究院，2001.

［5］ 李婉群，孫凌姣，易先長.防波堤工程軟基爆破擠淤設(shè)計與施工［J］.水力發(fā)電，2010(10)：17-18.