復(fù)雜環(huán)境下爆破擠淤筑堤技術(shù)應(yīng)用研究

朱 永， 徐 穎， 鄭志濤

(安徽理工大學(xué) 土木建筑學(xué)院， 安徽淮南 232001)

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復(fù)雜環(huán)境下爆破擠淤筑堤技術(shù)應(yīng)用研究

朱 永， 徐 穎， 鄭志濤

(安徽理工大學(xué) 土木建筑學(xué)院， 安徽淮南 232001)

摘要：在狀元岙港區(qū)化工碼頭防波堤圍堤工程中，針對(duì)復(fù)雜環(huán)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(wèn)題以及大藥量爆破對(duì)周邊環(huán)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(shù)、爆破參數(shù)以及起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)等。爆破質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果表明，鉆孔檢測(cè)結(jié)果與物探測(cè)試結(jié)果基本吻合，爆破擠淤筑堤取得了良好的工程效果。

關(guān)鍵詞：爆破擠淤； 拋填參數(shù)； 爆破參數(shù)； 質(zhì)量檢測(cè)； 筑堤技術(shù)； 復(fù)雜環(huán)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(hù)岸工程時(shí)，爆炸處理軟基技術(shù)的一些優(yōu)越性得到了充分的體現(xiàn)。但是，對(duì)于深厚淤泥層中的爆炸擠淤工程，由于該項(xiàng)技術(shù)在處理深厚淤泥方面的相關(guān)機(jī)理認(rèn)識(shí)欠缺，有關(guān)參數(shù)的設(shè)計(jì)主要依靠經(jīng)驗(yàn)。而淤泥層的深度越大，所需要的炸藥量也越大，爆炸對(duì)周圍環(huán)境的影響也越大。為了減少對(duì)周圍環(huán)境的影響，需控制炸藥的起爆量，但又會(huì)使泥石置換往往達(dá)不到理想的效果。

溫州港狀元岱港區(qū)化工碼頭工程防波堤全長(zhǎng)879.9m，淤泥最深處為21m，爆炸擠淤段堤長(zhǎng)620.4m。因此，開展?fàn)钤犯蹍^(qū)爆炸擠淤筑堤技術(shù)研究，對(duì)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(huán)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(diǎn)

2.1工程概況

溫州港狀元岙港區(qū)化工碼頭工程防波堤為沿海港口一般水工工程。工程標(biāo)段堤全長(zhǎng)879.9m，堤心為拋填塊石混合料，外海側(cè)護(hù)面塊體采用扭工字塊和棱體大塊石。圍堤分為主堤與側(cè)堤，主堤總長(zhǎng)度約為639.9m，采用爆炸擠淤和拋石擠淤斜坡堤結(jié)構(gòu);側(cè)堤長(zhǎng)度約為240m，采用爆炸擠淤斜坡堤結(jié)構(gòu)。拋石擠淤段堤長(zhǎng)259.5m，拋石擠淤方量82 494m3；爆炸擠淤段堤長(zhǎng)620.4m，爆炸擠淤工程量共629 118m3。爆破區(qū)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(guān)系見圖2。

圖2　爆破區(qū)域周圍環(huán)境Fig.2　Environment around the blasting area

2.2工程難點(diǎn)及應(yīng)對(duì)措施

(1)圍堤的主堤外側(cè)水深、頂部窄、落底寬，外側(cè)坡腳延伸較長(zhǎng)，外海側(cè)最遠(yuǎn)距離軸線69m，坡比較大，為1∶2.5。根據(jù)爆破置換體積平衡原理〔1〕，為避免超方過(guò)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(shí)，同時(shí)進(jìn)行外側(cè)第一次側(cè)爆，置換體積較小的斷面時(shí)采用候潮施工，爆后堤身收縮再補(bǔ)拋上部堤心石，同時(shí)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(shè)計(jì)偏向低值，內(nèi)側(cè)回填會(huì)造成內(nèi)外側(cè)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(nèi)、外側(cè)布藥時(shí)藥量不一樣的方法，以達(dá)到整體爆破擠淤時(shí)堤身的平衡。同時(shí)控制好內(nèi)側(cè)回填進(jìn)度，在主堤達(dá)到穩(wěn)定后，回填才能從堤身向內(nèi)側(cè)局部跟進(jìn)回填，避免堤身由于回填石方對(duì)其造成過(guò)大的側(cè)向壓力而滑移。

(3)側(cè)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(dòng)會(huì)對(duì)周邊建筑結(jié)構(gòu)造成一定的影響，為有效降低爆破施工時(shí)的振動(dòng)效應(yīng)，采用塑料導(dǎo)爆管雷管實(shí)施藥包間毫秒延時(shí)起爆來(lái)降低爆破振動(dòng)。

(4)K0+100～270段，內(nèi)側(cè)坡腳有原回填石料，將影響爆炸擠淤施工時(shí)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(jìn)行爆炸擠淤施工。

(5)側(cè)堤置換淤泥深度大，淤泥質(zhì)粘土的力學(xué)性能較好，裝藥容易造成藥包回帶，影響爆破效果，科學(xué)合理的制定爆炸擠淤裝藥器是確保工程質(zhì)量和進(jìn)度的關(guān)鍵。為了保證裝藥深度，根據(jù)工程采用專利技術(shù)深水爆炸擠淤裝藥器，設(shè)計(jì)的裝藥器有藥包自動(dòng)脫落反向門。

3爆破方案設(shè)計(jì)

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(jìn)行處理。在樁號(hào)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(hào)為爆炸擠淤筑堤底方式。

施工過(guò)程中加強(qiáng)對(duì)爆前、爆后的檢測(cè)，及時(shí)調(diào)整拋填、爆破參數(shù)，以優(yōu)化施工方案，做到爆后拋石落底，保證堤身拋填寬度、外側(cè)爆后開挖量小、外側(cè)平臺(tái)到位、堤身整體不滑移、爆破振動(dòng)對(duì)周邊影響小。

3.2拋填參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)工程設(shè)計(jì)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(shí)堤頭爆填與側(cè)向爆填同時(shí)進(jìn)行，使爆后水下平臺(tái)達(dá)到一定寬度。爆后補(bǔ)拋時(shí)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(shí)盡量將大塊石拋在堤身外側(cè)。

根據(jù)防波堤堤身的設(shè)計(jì)高度，以施工期間海水水位不會(huì)漫過(guò)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(cè)堤拋填高程為+5m。

深厚淤泥質(zhì)軟基中堤壩平臺(tái)要在爆填堤頭時(shí)一次形成達(dá)到設(shè)計(jì)斷面，在后期側(cè)爆時(shí)向堤壩兩側(cè)將平臺(tái)拉出的效果十分有限，因此在確定拋填高度時(shí)要考慮防波堤堤身斷面設(shè)計(jì)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(shí)還要考慮拋填時(shí)車輛的順利通行。

拋填進(jìn)尺要根據(jù)工程地質(zhì)情況、施工狀況和坡上重復(fù)拋填情況綜合考慮。根據(jù)各拋填參數(shù)的控制要求，確定了各個(gè)樁號(hào)的拋填參數(shù)，見表1。

表1　不同里程拋填參數(shù)設(shè)計(jì)

3.3爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)爆炸法處理水下軟基經(jīng)驗(yàn)公式〔2〕，堤頭爆填單位長(zhǎng)度裝藥量按下式計(jì)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(huán)進(jìn)尺，m；Hm為置換淤泥層的厚度，m。

根據(jù)爆破作業(yè)區(qū)有場(chǎng)地不良地基土層，且處于海域中，局部坡度大，軟土層性質(zhì)差，厚度變化大，最厚處達(dá)21m、堤心為拋填塊石混合料，外海側(cè)護(hù)面塊體采用扭工字塊和棱體大塊石，內(nèi)側(cè)護(hù)面為袋裝碎石及編織布一層以及炸藥的威力等特點(diǎn)。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(cè)堤炸藥單耗q0取0.12kg/m3～ 0.13kg/m3。經(jīng)計(jì)算，狀元岙港區(qū)化工碼頭防波堤工程爆填參數(shù)如表2所示。

表2　側(cè)堤爆破參數(shù)

由于主堤淤泥置換厚度較小，考慮到爆破安全以及側(cè)爆作用等，試驗(yàn)段暫不進(jìn)行第二次側(cè)爆。根據(jù)試驗(yàn)段施工檢測(cè)情況，再考慮主堤是否做第二次側(cè)爆。側(cè)堤第二次側(cè)爆爆破參數(shù)如表3所示。每次爆破裝藥深度參照《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》(JTS 204-2008)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)淤泥包厚度進(jìn)行調(diào)整〔2〕。

表3　側(cè)堤第二次側(cè)爆參數(shù)

3.4裝藥設(shè)備與起爆網(wǎng)路

爆炸擠淤要求將炸藥放置到設(shè)計(jì)要求的位置，如淤泥中一定深度或在有覆蓋水時(shí)淤泥表面上。該防波堤工程拋填區(qū)域水體深、堤壩斷面面積大，外側(cè)坡腳線較長(zhǎng)，選用50t履帶吊結(jié)合振沖錘的裝藥設(shè)備，并設(shè)計(jì)有自動(dòng)脫落反向門。設(shè)備的設(shè)計(jì)原理見圖3。

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

圖4　起爆網(wǎng)路Fig.4　Initiation network

4爆破安全與質(zhì)量檢測(cè)

4.1爆破安全控制

在擠淤筑堤爆破施工的同時(shí)，爆破的有害效應(yīng)振動(dòng)、沖擊波、個(gè)別飛散物、噪聲和粉塵等不可避免的產(chǎn)生，并影響著周圍環(huán)境。為了確保周圍建筑物、碼頭、高壓電線及其他臨時(shí)設(shè)施的安全，有必要對(duì)爆破有害效應(yīng)進(jìn)行研究分析，降低其對(duì)周圍的影響，保證工程的順利進(jìn)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(hù)作用。同時(shí)施工場(chǎng)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(jīng)驗(yàn)表明爆炸擠淤時(shí)個(gè)別飛散物的距離一般在100m范圍內(nèi)。因此，爆區(qū)周圍建筑設(shè)施是安全的。根據(jù)規(guī)程〔3〕，爆破時(shí)最小安全警戒距離取300m。

4.2爆炸擠淤工程質(zhì)量檢測(cè)

爆炸擠淤筑堤工程質(zhì)量檢測(cè)主要內(nèi)容有：堤壩的斷面、落底標(biāo)高是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求，堤壩填料性質(zhì)及厚度等。防波堤檢測(cè)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(xué)指標(biāo)。主要對(duì)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(xué)指標(biāo)進(jìn)行鉆孔檢測(cè)。檢測(cè)結(jié)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(zhì)粘土(混合過(guò)渡層)、下臥層中風(fēng)化凝灰?guī)r組成，與物探測(cè)試結(jié)果基本吻合。表明防波堤工程滿足設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，爆炸擠淤筑堤取得了良好的效果〔4-6〕。

4.3環(huán)境保護(hù)的監(jiān)測(cè)

由于爆炸擠淤筑堤是在海域內(nèi)進(jìn)行作業(yè)，爆炸產(chǎn)物可能會(huì)對(duì)海洋的環(huán)境有影響。因此，在水下進(jìn)行爆破時(shí)，前期應(yīng)使用小藥量，將魚類的生物盡可能趕出作業(yè)區(qū)，減少魚類損失。此外，還應(yīng)該配合有關(guān)部門對(duì)作業(yè)區(qū)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，提供數(shù)據(jù)說(shuō)明爆破擠淤對(duì)海洋生態(tài)環(huán)境沒(méi)有影響。

5結(jié) 語(yǔ)

(1)對(duì)于主堤外側(cè)水深、頂部窄、落底寬，外側(cè)坡腳延伸較長(zhǎng)，設(shè)計(jì)采用“堤身先寬后窄”的拋填方法，爆后堤身收縮再補(bǔ)拋上部堤心石，同時(shí)堤身縮窄，實(shí)現(xiàn)爆破后的堤身斷面符合設(shè)計(jì)要求。

(2)采用內(nèi)、外側(cè)布藥時(shí)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(wèn)題，達(dá)到了整體爆破擠淤時(shí)堤身的平衡。

(3)采用塑料導(dǎo)爆管雷管實(shí)施藥包間毫秒延時(shí)起爆可有效降低爆破施工時(shí)的振動(dòng)效應(yīng)，而且采用導(dǎo)爆索與電雷管連接的起爆網(wǎng)路，實(shí)現(xiàn)施工方便快捷且傳爆可靠有效。

(4)通過(guò)質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的制定，爆破前拋填檢測(cè)、爆破器材檢測(cè)以及爆破后堤身斷面檢測(cè)、物探和鉆探檢測(cè)等手段，提高了爆炸擠淤筑堤工程質(zhì)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(hào)：1006-7051(2016)02-0056-05

收稿日期：2015-10-20

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

中圖分類號(hào)：TD235.2； TU746.5

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.02.012