爆破擠淤法處理深厚軟基的典型試驗(yàn)研究

金偉，何維維

（1.深圳海勤工程管理有限公司，廣東 深圳 518068；2.中交第三航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，上海 200032）

拋石爆破擠淤技術(shù)是我國常用的一項(xiàng)地基處理技術(shù)，經(jīng)過20多年的發(fā)展，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水工圍堰工程和海堤的建設(shè)[1-3]。對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件的深層軟基，在拋石爆破擠淤施工過程中，對(duì)分段藥量的控制及爆破設(shè)計(jì)參數(shù)的取用等存在一定的難度，堤身的落底寬度也較難控制，而且目前并無可靠的理論指導(dǎo)依據(jù)，設(shè)計(jì)者主要依賴于經(jīng)驗(yàn)和相似工程案例進(jìn)行設(shè)計(jì)[4]。本文通過漳州招商局經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)人工島B標(biāo)外護(hù)岸工程設(shè)計(jì)實(shí)例，結(jié)合典型試驗(yàn)成果，對(duì)護(hù)岸拋石爆破擠淤深層軟基處理技術(shù)的爆炸參數(shù)進(jìn)行不斷的調(diào)整和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)深層淤泥置換及控制堤身落底寬度的要求。

1 工程概況

漳州人工島B標(biāo)工程位于招商局漳州開發(fā)區(qū)南太武高爾夫球場東側(cè)大磐灣中的大磐淺灘海域填海造陸區(qū)域。人工島處在無掩護(hù)的敞開海域，作為人工島四周的外護(hù)岸首當(dāng)其沖地會(huì)遭受到波浪的襲擊。它不僅是人工島的一部分，而且在人工島形成的過程中它將起到重要的保障作用，因此，外護(hù)岸的設(shè)計(jì)是人工島設(shè)計(jì)的核心工程之一。由于本工程的外護(hù)岸結(jié)構(gòu)形式為拋石斜坡堤，根據(jù)堤段位置和淤泥厚度分別采用拋石自重?cái)D淤和拋石爆破擠淤，外護(hù)岸爆破擠淤施工范圍為13號(hào)、28號(hào)堤段，如圖1所示。

根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際施工條件及施工組織安排，試驗(yàn)段施工安排在28號(hào)堤約58 m范圍為典型施工段。試驗(yàn)段爆破擠淤表層普遍分布厚12.0 m的淤泥層，地面標(biāo)高在2.57～3.15 m之間，拋石體下臥層主要為粉質(zhì)黏土層，可作為較好的持力層。爆破擠淤試驗(yàn)段斷面結(jié)構(gòu)見圖2。

從地質(zhì)條件以及結(jié)構(gòu)形式來分析，該工程主要有以下的施工難點(diǎn)：1）13號(hào)圍堤外護(hù)岸所在區(qū)域軟土層起伏較大，淤泥厚度從5～22 m變化，對(duì)分段藥量的控制及爆破設(shè)計(jì)參數(shù)的取用等較難，且淤泥層厚度分布不均勻，埋藏較深，在爆破擠淤施工過程中，堤身的落底寬度難以控制；2）28號(hào)圍堤外護(hù)岸堤身落底深度平均為12.0 m，但落底寬度較寬（大于50 m），因此側(cè)向擠出淤泥路徑較長，淤泥擠出的難度增大。應(yīng)選擇合適的爆炸參數(shù)有效解決此問題；3）28號(hào)堤淤泥厚度比較均勻，待試驗(yàn)成果確定后，如何合理應(yīng)用至13號(hào)堤軟土厚度起伏大的爆破施工中，還需進(jìn)行深入研究。

2 爆破擠淤原理及施工參數(shù)的計(jì)算

爆破擠淤填石法基本原理是：通過爆破的辦法清除海底的淤泥，實(shí)現(xiàn)淤泥和石料的置換。通過爆炸沖擊作用降低淤泥結(jié)構(gòu)性強(qiáng)度，同時(shí)利用拋石體本身的自重使爆前處于平衡狀態(tài)的拋石體向強(qiáng)度降低處的淤泥內(nèi)滑移，達(dá)到泥、石置換的目的。

本工程采取了“控制加載爆炸擠淤置換法”，通過理論計(jì)算先確定爆炸施工參數(shù)，主要施工參數(shù)分為拋填參數(shù)和爆炸參數(shù)（藥量、布藥位置、埋深等）[5]。通過典型施工試驗(yàn)對(duì)爆炸參數(shù)的適用性進(jìn)行驗(yàn)證。

2.1 拋填參數(shù)

試驗(yàn)段堤頂拋填高程為+4.5 m，斷面頂寬41.5 m，具體拋填參數(shù)見表1。

2.2 爆炸參數(shù)

爆炸參數(shù)根據(jù)式 （1） ～ （7） 確定。

表1 拋填參數(shù)設(shè)計(jì)表

式中：B為堤頂拋填寬度，41.5 m；cu為淤泥的不排水剪強(qiáng)度，取10.2 kPa；γs為淤泥的重度，取15.96 kN/m3；γ為拋填石料的平均重度，取18.0 kN/m3；h為拋石體在泥面以上的高度，典型斷面取3.8 m；D為需置換處理的淤泥總厚度，取12.0 m；b為單炮進(jìn)尺，本工程5～7 m，按最大7 m計(jì)算；t為淤泥厚度，12.0 m；M1為堤頭正面布設(shè)藥包個(gè)數(shù)；M2為堤身側(cè)面布設(shè)藥包個(gè)數(shù)；Bm為淤泥表面處的堤身寬度，取49.0 m；K1為堤頭下沉量系數(shù)，0.2～0.6，取0.25；K2為藥量系數(shù)，0.2～0.4，取0.36；K3為藥包作用范圍系數(shù)，8～12，取10；K4為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，0.4～0.8，取0.4；K5為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，1.0～1.5，取1.2；0.062Q1/3值為球形藥包的半徑；淤泥包標(biāo)高按0計(jì)算；公式（6）、（7）中INT為取整函數(shù)。計(jì)算得出：

自重?cái)D淤深度D0=1.04 m；

估計(jì)堤頭爆破下沉平均高度D1=2.74 m；

單藥包重量Q=19 kg；

堤頭爆填藥包的間距a=2.31 m；實(shí)際取2.5 m；

堤頭爆填布設(shè)藥包個(gè)數(shù)M=22個(gè)（M1=16個(gè)；M2=6個(gè)），實(shí)際取20個(gè)。

由此順序計(jì)算的爆破參數(shù)如表2所示。

表2 爆炸參數(shù)設(shè)計(jì)表

現(xiàn)場試驗(yàn)爆破參數(shù)：試驗(yàn)段根據(jù)原淤泥層厚度12.0 m，設(shè)計(jì)單炮藥量為19 kg×20=380 kg，經(jīng)現(xiàn)場爆前空機(jī)試插探摸后淤泥層厚度為11.5～13 m左右，主要為靠回填區(qū)域側(cè)淤泥較深，靠外側(cè)較淺，從而將單炮藥量調(diào)整為25 kg×10+19 kg×10=440 kg，爆破循環(huán)進(jìn)尺為7 m，爆前堤頂高程為+7.5 m。典型試驗(yàn)段共進(jìn)行了8次爆破（見表3）。

表3 典型試驗(yàn)過程中各項(xiàng)爆破參數(shù)統(tǒng)計(jì)表

3 質(zhì)量檢測

本試驗(yàn)段以鉆孔檢測為主要手段，以體積平衡法為輔助手段對(duì)爆破效果進(jìn)行檢測。

3.1 鉆孔檢測法

鉆孔檢測法結(jié)果直觀可靠，在試驗(yàn)段K0+8.5斷面布置鉆孔3個(gè)，孔位在堤軸線及內(nèi)、外側(cè)，鉆孔取樣結(jié)果揭示拋石體落底土層基本符合該斷面落底設(shè)計(jì)要求，但局部位置（如27號(hào)（L）鉆孔）存在持力層實(shí)際高程與設(shè)計(jì)高程差異較大、泥石混合層偏大以及爆后兩側(cè)反開挖石方量較大的問題，鉆孔檢測結(jié)果見表4。

3.2 體積平衡法

施工過程中質(zhì)量控制的重要方法，在試驗(yàn)段施工期間采用統(tǒng)計(jì)車數(shù)，估算試驗(yàn)段范圍內(nèi)的實(shí)際拋石量，再與設(shè)計(jì)圖紙理論方量進(jìn)行比較，利用體積平衡原理分析、預(yù)測爆破擠淤效果。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)際拋填方量大于設(shè)計(jì)圖斷面方量，實(shí)際拋填體積為設(shè)計(jì)堤身體積的116.7%，斷面形成應(yīng)比較完整，見表5。

表4 鉆孔檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

表5 體積平衡石方量統(tǒng)計(jì)表

試驗(yàn)段設(shè)計(jì)方量為37 674 m3，而實(shí)際拋填方量為43 974 m3，因此通過體積平衡分析可以初步判定拋石體落底深度達(dá)到并超過設(shè)計(jì)要求。由于試驗(yàn)段在實(shí)際施工過程中斷面陸域回填側(cè)30～35 m范圍淤泥底標(biāo)高比原設(shè)計(jì)深3m左右，加上爆破完成后外側(cè)平臺(tái)存在較多超高需要挖出部分，扣除兩部分的方量其爆填方量與原設(shè)計(jì)方量基本可以持平。

4 爆破參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

根據(jù)典型試驗(yàn)段施工及檢測效果分析，爆破設(shè)計(jì)所采用的參數(shù)基本合理，爆破方法可行，能滿足施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求。爆破后的圍堤基礎(chǔ)沒有產(chǎn)生較大的沉降量，能滿足工程質(zhì)量要求。但是由于外護(hù)岸13號(hào)堤地質(zhì)較為復(fù)雜，根據(jù)28號(hào)堤典型試驗(yàn)結(jié)果（見表1、表3），將13號(hào)堤分成如下4段，針對(duì)4個(gè)斷面對(duì)應(yīng)不同的淤泥層厚度，選擇合適的爆炸參數(shù)，為后續(xù)施工的順利進(jìn)行提供了依據(jù)，見表6。

13號(hào)堤經(jīng)上述爆破參數(shù)計(jì)算確定后，經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際施工和檢測，實(shí)施效果如表7所示。

表6 人工島B標(biāo)護(hù)岸13號(hào)堤爆破參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)

表7 人工島B標(biāo)護(hù)岸13號(hào)堤鉆孔檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

上述檢測結(jié)果基本達(dá)到設(shè)計(jì)要求。另爆破堤形成后，在后方陸域回填施工中，現(xiàn)場對(duì)拋石堤進(jìn)行沉降和側(cè)向位移觀測，實(shí)測變形值均在規(guī)范允許范圍內(nèi)，堤身處于穩(wěn)定狀態(tài)。

5 結(jié)語

通過上述典型試驗(yàn)論證，漳州人工島B標(biāo)外護(hù)岸地質(zhì)條件復(fù)雜，軟土厚度起伏大，采用爆破拋石擠淤法填筑護(hù)岸，爆破參數(shù)的確定是一大難題。本文采用了“控制加載爆炸擠淤置換法”的計(jì)算方法，針對(duì)堤身不同的地質(zhì)條件進(jìn)行分段，先選取了一個(gè)淤泥厚度12 m的典型斷面開展典型施工試驗(yàn)，并經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際工后檢測，確認(rèn)了所用參數(shù)的可行性，然后通過理論計(jì)算和研究，推廣應(yīng)用至其它不同淤泥厚度13～22 m的堤段，分段確定了合適的爆破參數(shù)。

該方法保證了護(hù)岸在復(fù)雜地質(zhì)條件下爆破擠淤施工過程中堤身的落底寬度與深度，使其滿足設(shè)計(jì)要求，并解決了堤身完整形成問題，有效地減少了理坡工程量，是爆破擠淤法處理深厚軟基技術(shù)在護(hù)岸設(shè)計(jì)和施工工程中的成功應(yīng)用。

[1]JTS204—2008，水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范[S].

[2]張志峰.爆破排淤填石法在廈門高崎閩臺(tái)漁輪避風(fēng)港東堤工程中的應(yīng)用[J].中國港灣建設(shè)，2003（3）：39-42.

[3]王勇.臺(tái)山某護(hù)岸工程施工方案優(yōu)化[J].中國港灣建設(shè)，2010（5）：61-65.

[4] 王健.爆炸擠淤防波堤、護(hù)岸堤身失穩(wěn)形式[J].水運(yùn)工程，2012（6）：53-56.

[5] 江禮茂.控制加載爆炸擠淤置換法：中國專利，CN 03119314.5[P].2004-03-13.