控制加載爆炸擠淤置換法在海堤工程中的應(yīng)用

■顏家淦 ■福建省陸海建設(shè)管理有限公司，福建 福州 350000

1 工程概況

福州港羅源灣港區(qū)可門作業(yè)區(qū)6#、7#泊位圍堤工程位于福建省福州市連江縣境內(nèi)、羅源灣南岸，具體位于下宮鄉(xiāng)境內(nèi)。

西圍堤長664.62m，樁號為K0 +000～K0 +664.62，淤泥層厚度為13.4～24.21m，淤泥具有高壓縮性、中～高靈敏性，工程性質(zhì)極差。西圍堤三面臨海，堤根與陸地相連，周邊環(huán)境條件為:東邊距離已建的5#泊位堆場約560m、距離海上無人小島-門前嶼約280m;西邊距離華電儲運公司堆場約600 米;南邊距離水閘管理房約350m、距離大洋采石場約700 米、距離大洋村民房約1200 米;北面距離航道約2000 米、距離海帶養(yǎng)殖區(qū)約420 米、距離海蠣養(yǎng)殖區(qū)約400 米。

2 爆破擠淤置換法原理和控制要點

2.1 爆破置換擠淤法原理

爆破擠淤置換的方法是在拋石體外緣一定距離和深度的淤泥質(zhì)軟基中埋放炸藥包群、起爆瞬間產(chǎn)生的巨大壓力在淤泥中形成空腔，將淤泥破壞擠出去。當(dāng)空腔繼續(xù)擴(kuò)大到一定范圍，靠水面薄弱處，能量釋放出去，同時拋石體借助自身重力，在受到震動后滑入空腔形成新的石舌，達(dá)到置換淤泥的目的。通過多次堤頭推進(jìn)爆破，堤心石在這多次的爆破中不斷下沉，最后達(dá)到設(shè)計要求的堤心石基礎(chǔ)底標(biāo)高，完成開山石置換淤泥處理軟土地基的目的?？v向爆破一段距離后，在堤身兩側(cè)進(jìn)行爆破填石可使圍堤達(dá)到設(shè)計斷面要求。

隨爆炸參數(shù)、淤泥厚度及淤泥性質(zhì)而異，這種“拋填-定向滑移下沉”過程將出現(xiàn)多次，直到拋石體落到設(shè)計持力層上，并形成設(shè)計要求斷面。

因爆破擠淤填石法在形成堤身斷面的過程中，經(jīng)過數(shù)十次上百次爆破震動，堤身的密實度較一般拋石堤密實得多。

2.2 爆破擠淤置換法控制要點

(1)根椐土工計算原理和堤身設(shè)計高度，經(jīng)過理論分析計算，確定堤身拋填高度。通過拋填高度的控制，最大限度地達(dá)到擠淤效果，既要保證堤上拋填車輛和布藥機(jī)具的運行方便和安全，又要求爆后堤頂不能超高;(2)根據(jù)拋填高度和堤身設(shè)計斷面，計算堤身拋填寬度。通過拋填寬度控制，使堤身寬度尤其是堤身落底寬度得到保證，同時盡量減少理坡工作量;(3)由拋填高度和寬度估算堤身自重加載擠淤深度，確定堤身要達(dá)到設(shè)計深度還需要擠除的淤泥厚度值;(4)根據(jù)經(jīng)驗和爆炸作用機(jī)理確定爆破參數(shù)。

3 拋填及爆炸參數(shù)設(shè)計

根據(jù)爆破參數(shù)與藥量公式進(jìn)行相關(guān)參數(shù)計算，得出拋填及爆破參數(shù)表(表1)

表1 拋填及爆破參數(shù)表

爆填縱斷面(推進(jìn))示意圖

4 施工方案

4.1 施工方法

根據(jù)本工程的淤泥層厚及施工組織安排，在爆破處理軟基施工時，拋填采用“堤身先寬后窄”的方法，爆破擠淤采取“端部及兩側(cè)同時爆填”的工序施工。大塊石盡量拋在堤身外側(cè)，以利防沖抗浪，同時為拋石護(hù)坦和護(hù)面施工儲備塊石。

4.2 爆填施工工藝

4.2.1 施工主要工序流程為

4.2.2 爆填施工工藝

⑴測量放線:依據(jù)拋填參數(shù)進(jìn)行拋填控制放線，并按照拋填進(jìn)程及時設(shè)立拋填導(dǎo)標(biāo)。

⑵拋填施工:嚴(yán)格按照設(shè)計拋填參數(shù)進(jìn)行堤身拋填。拋填石料應(yīng)滿足設(shè)計要求，即開山石含泥量不大于5%。拋填時，盡量將大塊石拋在堤身的兩側(cè)，使堤身在施工期有較強(qiáng)的抗風(fēng)浪能力。

⑶爆破施工:按爆破參數(shù)進(jìn)行端部及兩側(cè)布藥，布藥采取直插式布藥器布藥(見直插式布藥器布藥示意圖)，布線網(wǎng)絡(luò)見爆破網(wǎng)路示意圖，實施爆破擠淤施工。爆破后及時進(jìn)行多次的補拋加載，保證爆后的連續(xù)擠淤過程順利完成。

⑷循環(huán)推進(jìn):按拋填參數(shù)、爆破參數(shù)進(jìn)行下一進(jìn)尺的拋填、爆破。堤頭拋填進(jìn)尺按4～5m 計，按拋填參數(shù)完成拋填后進(jìn)行下一進(jìn)尺的爆破擠淤施工，如此按“拋填—爆破”循環(huán)進(jìn)行，直至達(dá)到設(shè)計堤長。

⑸局部補炮:在布藥過程中，如因布藥器遭遇石舌、零散塊石、孤石等原因?qū)е虏糠菟幇荚O(shè)效果不佳，將視情況進(jìn)行局部補炮。如側(cè)向藥包布設(shè)不佳，進(jìn)行單側(cè)補炮;如端部藥包布設(shè)不佳，進(jìn)行雙側(cè)補炮。補炮前先對堤身兩側(cè)進(jìn)行觸探，探明泥石交界位置。

⑹檢測驗收:依據(jù)有關(guān)驗收標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)計斷面要求對堤身進(jìn)行檢測驗收，驗收合格的堤段方可進(jìn)行理坡等后續(xù)工序施工。

直插式布藥器布藥示意圖

5 爆破擠於置換法應(yīng)注意的幾個問題

(1)堤根過渡段淤泥厚度可能起伏變化較大，應(yīng)根據(jù)前一進(jìn)尺的布藥情況適當(dāng)調(diào)整爆破設(shè)計參數(shù)，以達(dá)到最佳的爆破處理效果。

(2)施工中嚴(yán)格控制陸拋石料質(zhì)量，石料為開山石，含泥量不大于5%;嚴(yán)格控制爆前拋填寬度及高程，爆前堤頂拋填高度為+7.5m，端部(及兩側(cè))爆填后形成石舌，爆后按設(shè)計斷面及時進(jìn)行多次的補拋加載，保證爆后的連續(xù)擠淤過程。

(3)布藥設(shè)備的選用要合理。選用的布藥設(shè)備應(yīng)滿足:①滿足裝藥深度要求;②滿足藥包的體積要求;③藥包脫鉤可靠;④裝藥效率高;⑤滿足安全要求。

(4)爆破器材的選擇與使用應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況并結(jié)合相關(guān)爆破規(guī)程的要求進(jìn)行選擇和使用，才能做到安全性能好、環(huán)境污染小和處理效果好。

6 爆破振動對周邊環(huán)境的影響

施爆地點距離村莊約1200 米，主要保護(hù)目標(biāo)為水閘房，但較遠(yuǎn)的村莊的建筑物地基較差，大多建在軟基上，抗震較差，因此典型試驗段爆破施工時嚴(yán)格控制單段最大起爆藥量為120kg，并采用微差爆破技術(shù)，把爆炸的震動速度控制在2.3cm/s 以內(nèi)。在爆破后對房屋、海上養(yǎng)殖等進(jìn)行跟蹤觀測，未見異常情況。

依據(jù)爆破地震速度公式和距周圍建筑物的距離，可計算得出一次同時起爆的最大允許藥量(見下表)。

經(jīng)分析，本工程主要保護(hù)目標(biāo)為水閘房，其安全振動速度按2.3cm/s 考慮，水閘房距整個工程爆破地點最小距離約350m，該處施工過程中最大單段藥量和一次起爆藥量分別為120Kg、570Kg，參照上表和實際施工情況，已保證爆破振動對水閘房的影響在允許范圍內(nèi);其它建筑物與爆破地點距離均較遠(yuǎn)(均大于500m)，爆破振動的影響均可控制在允許范圍內(nèi)。

7 爆破擠於置換法的質(zhì)量控制

7.1 拋填自沉量的質(zhì)量控制

(1)在圍堤爆炸擠淤施工中，必須嚴(yán)格控制拋填石料的質(zhì)量，圍堤堤頭一定范圍內(nèi)采取二次放坡的方法超高拋填壓載，以促進(jìn)拋填自沉量。

(2)控制石料的拋填速率，保證石料有足夠的自沉?xí)r間且控制石舌向前的進(jìn)尺量。在自沉量過大時應(yīng)及時進(jìn)行補拋，以增加石料的荷載。

(3)為控制爆炸斷面形狀，拋填按照先橫向后縱向的方法，保證落底寬度達(dá)到要求。

(4)拋填時由專人負(fù)責(zé)計量與指揮協(xié)調(diào)，做好拋填資料收集統(tǒng)計。

7.2 爆炸促沉量質(zhì)量控制

(1)淤泥厚度變化大，增加地質(zhì)鉆探資料，以確定單藥包使用量。

(2)采取振動式布藥方法，確保布藥深度。

(3)布藥前，用布藥機(jī)械或人工進(jìn)行泥石交接位置探測，并作好標(biāo)記，確保布藥間距和避開塊石。

(4)每次爆破前后對圍堤斷面進(jìn)行認(rèn)真測量，并結(jié)合拋填統(tǒng)計資料，對爆破效果作出評估分析，施工中應(yīng)及時對圍堤薄弱處進(jìn)行補強(qiáng)及加強(qiáng)等多次爆炸，以增加爆炸促沉量，以確保填石進(jìn)一步擠入淤泥層中。

8 效果檢測

西圍堤采用爆破擠於置換法進(jìn)行軟基處理后，對處理后的效果采用鉆孔檢測法和體積平衡法進(jìn)行檢查。

8.1 鉆孔檢測法

爆破擠淤堤共有5 個典型斷面，分別為K0 +000～K0 +150、K0 +150～K0 +250、K0 +250～K0 +350、K0 +350～K0 +450、K0 +450～K0+664.62 斷面，根據(jù)設(shè)計要求，每個典型段選取一個斷面進(jìn)行鉆孔檢測，每個斷面鉆3 個點，分別位于堤軸線、內(nèi)坡落底邊緣往堤軸線方向1m 處、外坡落底邊緣往堤軸線方向1m 處。斷面選取是待該典型段施工結(jié)束后，由設(shè)計、監(jiān)理、業(yè)主三方根據(jù)地質(zhì)及施工情況，指定薄弱位置進(jìn)行檢測。

《鉆孔檢測結(jié)果統(tǒng)計表》中ZK01、ZK02、ZK03 對應(yīng)為K0 +138 斷面的鉆孔位，ZK04、ZK05、ZK06 對應(yīng)為K0 +228 斷面的鉆孔位，ZK07、ZK08、ZK09 對應(yīng)為K0 +328 斷面的鉆孔位，ZK10、ZK11、ZK12 對應(yīng)為K0 +405 斷面的鉆孔位，ZK13、ZK14、ZK15 對應(yīng)為K0 +500 斷面的鉆孔位。

通過對堤身鉆孔取樣檢驗可獲得如下數(shù)據(jù):①拋石層底部高程;②拋石層下泥、石混合體的厚度，含水量以及泥、石比例;③混合體與持力層間是否夾有淤泥層;④爆后持力層高程。

根據(jù)設(shè)計及規(guī)范要求，委托福建巖土工程勘察研究院對堤身拋石分布及厚度進(jìn)行鉆孔檢測。

鉆孔檢測結(jié)果統(tǒng)計表

根據(jù)鉆探結(jié)果，堤身未發(fā)現(xiàn)淤泥夾層，同時泥石混合層厚度均在設(shè)計要求的2.5m 的范圍內(nèi)。本次鉆探取樣揭示拋石體落底情況良好，堤身穩(wěn)定。

8.2 體積平衡法

由于在整個爆填過程中圍堤不同地段淤泥厚度不同，設(shè)計斷面大小不一，拋石施工期間分階段采用計車數(shù)、過磅稱重，估算每一段拋石堤范圍內(nèi)的拋石量，采用體積平衡法推算出拋石堤的落底標(biāo)高，再與設(shè)計斷面的落底標(biāo)高進(jìn)行比較。

體積平衡拋石方量統(tǒng)計表

9 結(jié)束語

在堤身爆填結(jié)束后，我們通過體積平衡、鉆孔檢測法兩種方法對施工質(zhì)量進(jìn)行檢測，結(jié)果都表明拋石置換深度滿足設(shè)計要求和工程質(zhì)量要求。證明爆破設(shè)計所采用的參數(shù)合理，爆破方法可行，達(dá)到預(yù)期的加快工程進(jìn)度和控制工程造價的目的，希望能為類似工程提供一些借鑒經(jīng)驗。