爆破擠淤法在孤島防波堤中的應(yīng)用淺析

杜艷德 郝志杰 翁紀(jì)紅

(舟山石化園區(qū)投資發(fā)展有限公司，浙江 舟山 316000)

隨著國(guó)內(nèi)對(duì)生態(tài)環(huán)保要求及國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家綠色壁壘的不斷提高，限制高排放、高環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)品的生產(chǎn)與使用，國(guó)家發(fā)改委與工信部在《關(guān)于促進(jìn)石化產(chǎn)業(yè)綠色發(fā)展的指導(dǎo)意見》提出，大型石化基地要向孤島遷移[1]。因?yàn)榛せ卦O(shè)備眾多且設(shè)備壽命期有限，建設(shè)費(fèi)用非常高昂，再加上生產(chǎn)期人員密集。所以在孤島上建設(shè)化工基地對(duì)防波堤的質(zhì)量和速度要求非常高，石化基地防波堤不僅需要承擔(dān)放浪的作用一般還兼重型車同行道路使用。特點(diǎn)是堤寬較大，安全性能高。本文項(xiàng)目所在為東南近海某孤島，項(xiàng)目安全的重要保障即為防波堤。

1 項(xiàng)目特點(diǎn)

本項(xiàng)目的石化基地位于我國(guó)東南近海，北緯N30°18′59.32″，東經(jīng)E121°56′25.85″X孤島，島嶼海域波浪多為風(fēng)浪以及風(fēng)浪和涌浪兼有的混合浪，涌浪主浪在秋、冬、春三季為N向，夏季轉(zhuǎn)為NW向；多年平均波高約1.2 m，臺(tái)風(fēng)影響時(shí)可達(dá)9 m以上巨浪。施工時(shí)風(fēng)浪均正面作用于防波堤，強(qiáng)風(fēng)期較長(zhǎng)，對(duì)工程施工影響較大，水上作業(yè)條件差，船舶作業(yè)天數(shù)有限。進(jìn)場(chǎng)施工船舶和大型機(jī)械設(shè)備多，故潛在著諸多不安全因素，須強(qiáng)化安全管理工作。該地區(qū)的強(qiáng)風(fēng)向?yàn)镹向，多年最大風(fēng)速達(dá)40 m/s，其次為E向，相應(yīng)最大風(fēng)速為38 m/s。防波堤全長(zhǎng)約3 300 m，堤寬約63 m，爆填最深處約30 m。工期11個(gè)月，爆破擠淤法填石方量約283萬(wàn)m3。施工期跨1個(gè)雨期、1個(gè)夏期，2個(gè)冬期，1個(gè)臺(tái)風(fēng)期。

2 爆破擠淤法施工流程及主要成堤過程

2.1 爆破擠淤法施工流程

爆破擠淤法全稱為爆破擠淤填石法，施工原理是在堤的端頭堆積大量拋石，一般要高于后面1 m～2 m，然后在堤頭前進(jìn)方向的淤泥中放置炸藥(埋在本次爆破淤泥厚度的中間稍微靠下的位置，如圖1所示)起爆，產(chǎn)生的氣浪在淤泥中形成空腔，拋石體下部失穩(wěn)隨即坍塌落下充填空腔，由于石頭的密度遠(yuǎn)大于淤泥，淤泥在爆炸后無(wú)法歸位而被置換[2]。本項(xiàng)目拋石堤身采用爆填法為主、爆夯法為輔的綜合爆破法施工，施工流程為：施工準(zhǔn)備→測(cè)量放線(水深地形復(fù)測(cè))→典型段試驗(yàn)→施工參數(shù)確定→堤身拋填→堤頭爆填→堤身循環(huán)拋填→堤身側(cè)坡拓寬爆填→爆后斷面測(cè)量→爆后補(bǔ)拋及理坡。

2.2 主要成堤過程

防波堤施工時(shí)，一般采用“堤身先寬后窄，石料外大內(nèi)細(xì)”的方法，以保證堤身下部的淤泥被充分置換和堤身爆破后的密度。設(shè)計(jì)寬度63 m的堤身，爆破施工時(shí)的寬度往往超過65 m，然后通過理坡收窄堤身達(dá)到設(shè)計(jì)寬度。堤頭拋填石料時(shí)，大的石料要拋在外側(cè)，這樣坍落成堤時(shí)也位于堤身外側(cè)，可以有效阻擋波浪的沖刷；同時(shí)大的石料下落時(shí)產(chǎn)生的偏移相對(duì)較小，可以有效降低石料的拋撒量，節(jié)約石料和施工成本。成堤主要程序?yàn)椤暗填^爆填，邊坡補(bǔ)料爆夯，機(jī)械理坡”。

1)堤頭爆填。采用“先寬后窄”的堤頭拋填型式，即在爆破前加大堤頭寬度，在每次堤頭爆破后縮減堤身寬度，形成“T”字形堤頭，稱為“翅膀”，“翅膀”寬度根據(jù)堤身寬度調(diào)整，否則影響堤身寬度和落底要求。當(dāng)拋填進(jìn)尺達(dá)到設(shè)計(jì)值后，在堤頭包絡(luò)線位置布設(shè)藥包群，按照計(jì)算的本次計(jì)劃爆破淤泥的厚度將炸藥包埋入計(jì)劃爆破淤泥厚度的中間稍微偏下的位置，然后按相關(guān)規(guī)定起爆。爆炸產(chǎn)生的氣浪將淤泥排開，形成爆坑(空腔)，同時(shí)爆炸的震動(dòng)效應(yīng)使堤頭石頭失穩(wěn)及擾動(dòng)下塌，使淤泥的整體性受到破壞，強(qiáng)度降低，堤頭石料瞬間塌落，形成石舌。根據(jù)淤泥的厚度經(jīng)過一次或多次爆炸和填充，石料落到持力層上，把淤泥擠出形成新的堤頭。堤頭形狀與布藥位置見圖1。

2)邊坡補(bǔ)料爆夯。為了增加堤身兩側(cè)的密實(shí)度及穩(wěn)定性，在淤泥厚度較大的地方應(yīng)重點(diǎn)檢查爆炸密實(shí)效果，并及時(shí)補(bǔ)料爆夯。施工時(shí)應(yīng)注意盡量?jī)?nèi)外側(cè)同時(shí)起爆。這樣爆炸力和坍塌填筑比較均衡，更容易形成設(shè)計(jì)斷面避免浪費(fèi)。

3)機(jī)械理坡。邊坡補(bǔ)料爆夯后，在下一個(gè)進(jìn)尺完成后，應(yīng)采用機(jī)械進(jìn)行理坡，并把前一個(gè)進(jìn)尺的翅膀挖出形成標(biāo)準(zhǔn)斷面，邊坡補(bǔ)料爆夯后堤身斷面已基本形成，再縮減堤頂寬度不影響堤身穩(wěn)定性。多余石料挖出裝車用于堤芯石拋填。

2.3 爆破參數(shù)設(shè)計(jì)及火工品消耗量

爆破參數(shù)設(shè)計(jì)按照《爆炸法處理水下地基和基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行，施工中根據(jù)施工情況及時(shí)調(diào)整相關(guān)參數(shù)。尤其是邊坡補(bǔ)料爆夯的各項(xiàng)參數(shù)和炸藥用量，仔細(xì)測(cè)量計(jì)算，以免擾動(dòng)成型的堤身。

3 施工中的重點(diǎn)和難點(diǎn)分析及對(duì)策處理

3.1 爆破規(guī)劃中應(yīng)重點(diǎn)注意的問題及處理措施

孤島周邊海域通常有以下特點(diǎn)：1)施工區(qū)域水域較為開闊，周邊很少或幾乎沒有需要保護(hù)的碼頭等建筑物、構(gòu)筑物；2)水深變化較大，水文條件復(fù)雜；3)軟土層(淤泥層)較厚(很多區(qū)域的淤泥層超過30 m)，需要進(jìn)行多次爆破；4)強(qiáng)風(fēng)期較長(zhǎng)，且為臺(tái)風(fēng)多發(fā)區(qū)，臺(tái)風(fēng)最高風(fēng)力為14級(jí)，浪高超過10 m。

針對(duì)上述特點(diǎn)，工程采取的措施有：加大裝藥量并調(diào)整炸藥間距，石塊拋填超高，多次爆破，及時(shí)補(bǔ)拋等。臺(tái)風(fēng)來(lái)臨時(shí)，為了確保堤身、堤頭臺(tái)風(fēng)期安全穩(wěn)定，堤頭爆填藥量應(yīng)增加，以使堤頭和堤身更加密實(shí)。本項(xiàng)目在臺(tái)風(fēng)來(lái)臨時(shí)單耗藥量增加10%，堤頭及堤兩側(cè)增加2次爆填和邊坡增加兩次爆夯施工。

3.2 施工中應(yīng)重點(diǎn)注意的問題及處理措施

因?yàn)楸卷?xiàng)目所處位置幾乎不會(huì)出現(xiàn)海水冰凍，冰棱對(duì)防波堤的影響很微弱；工程位于無(wú)掩護(hù)的開敞海域，受風(fēng)浪潮的影響較大，施工中應(yīng)重點(diǎn)把控風(fēng)浪的影響；該地區(qū)又為臺(tái)風(fēng)多發(fā)區(qū)，要特別重視臺(tái)風(fēng)季節(jié)的施工。

針對(duì)風(fēng)浪潮的影響，施工采用機(jī)加靜壓直(斜)插式裝藥器作業(yè)。布藥機(jī)陸上裝藥，不受風(fēng)浪及天氣影響，可連續(xù)作業(yè)，既滿足裝藥深度的要求，又減少布藥時(shí)間，提高施工工效。

臺(tái)風(fēng)季節(jié)的施工，重點(diǎn)做好以下兩點(diǎn)：

1)堤身施工形成流水操作，各工序銜接合理、緊密配合。堤身石拋填采用階梯形流水作業(yè)，堤身石外露不得超過50 m，施工過程中，海堤特別是堤外側(cè)受風(fēng)浪的沖刷比較嚴(yán)重，預(yù)報(bào)有大風(fēng)時(shí)及時(shí)用墊層石、護(hù)面塊體掩護(hù)坡面。

2)做好堤頭安全渡臺(tái)。根據(jù)爆填機(jī)理和工程研究成果可知，防波堤在多次爆破振動(dòng)下不斷被密實(shí)，其整體性經(jīng)檢測(cè)能達(dá)到半剛體狀態(tài)，而堤的頭部堤心則是爆破作用最少的區(qū)段，堤頭部又是波涌及應(yīng)力較集中點(diǎn)，所以想安全渡臺(tái)，減少返工的損失，堤頭是關(guān)鍵。本工程采用的技術(shù)措施：a.堤頭段，在收到臺(tái)風(fēng)預(yù)報(bào)后停止推進(jìn)，立即用反鏟修坡至1∶2以下，用1 t的塊石在堤頭內(nèi)、外坡面及堤頭頂面上各安放一層；b.緊靠堤頭：內(nèi)外坡面都要按設(shè)計(jì)要求完成。即內(nèi)坡面完成兩層墊層塊石拋理及護(hù)面塊體的安裝；外坡面完成250 kg～500 kg護(hù)面塊石的拋理。

4 檢測(cè)結(jié)果及總結(jié)

沉降觀測(cè)是檢查拋石擠淤效果的重要數(shù)據(jù)，它能體現(xiàn)出爆炸效果及填石是否充分落在持力層上。施工期每天都要觀測(cè)1次～2次，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。表1為月沉降量累計(jì)檢測(cè)抽查結(jié)果匯總表。

表1 月沉降量累計(jì)(mm)檢測(cè)抽查結(jié)果匯總表

本工程設(shè)計(jì)文件中的沉降速率指標(biāo)為日沉降量小于10 mm，從檢測(cè)結(jié)果來(lái)看，爆破填石效果良好。經(jīng)過一年觀測(cè)，堤身沉降基本穩(wěn)定，滿足設(shè)計(jì)要求。本工程在11個(gè)月工期內(nèi)完成了283萬(wàn)石方的堤身填筑，在孤島環(huán)境下施工速度是相當(dāng)迅速的。由此可見在中國(guó)東南近海防波堤建設(shè)中，爆破擠淤法施工速度快(不需要等待淤泥固結(jié)即可施工上部結(jié)構(gòu))，成堤質(zhì)量好(塊石落底效果好，堤身經(jīng)過反復(fù)爆炸振動(dòng)后密實(shí)度高，穩(wěn)定性好，后期沉降小)，施工費(fèi)用較少，可以為國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。