控制加載爆炸擠淤置換法在海堤工程中的應用

■顏家淦 ■福建省陸海建設管理有限公司，福建 福州 350000

1 工程概況

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

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，工程性質極差。西圍堤三面臨海，堤根與陸地相連，周邊環境條件為: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、距離海帶養殖區約420 米、距離海蠣養殖區約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軟基中埋放炸藥包群、起爆瞬間產生的巨大壓力在淤泥中形成空腔，將淤泥破壞擠出去。當空腔繼續擴大到一定范圍，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，達到置換淤泥的目的。通過多次堤頭推進爆破，堤心石在這多次的爆破中不斷下沉，最后達到設計要求的堤心石基礎底標高，完成開山石置換淤泥處理軟土地基的目的。縱向爆破一段距離后，在堤身兩側進行爆破填石可使圍堤達到設計斷面要求。

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

因爆破擠淤填石法在形成堤身斷面的過程中，經過數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計高度，經過理論分析計算，確定堤身拋填高度。通過拋填高度的控制，最大限度地達到擠淤效果，既要保證堤上拋填車輛和布藥機具的運行方便和安全，又要求爆后堤頂不能超高;(2)根據拋填高度和堤身設計斷面，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，確定堤身要達到設計深度還需要擠除的淤泥厚度值;(4)根據經驗和爆炸作用機理確定爆破參數。

3 拋填及爆炸參數設計

根據爆破參數與藥量公式進行相關參數計算，得出拋填及爆破參數表(表1)

表1 拋填及爆破參數表

爆填縱斷面(推進)示意圖

4 施工方案

4.1 施工方法

根據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“端部及兩側同時爆填”的工序施工。大塊石盡量拋在堤身外側，以利防沖抗浪，同時為拋石護坦和護面施工儲備塊石。

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:依據拋填參數進行拋填控制放線，并按照拋填進程及時設立拋填導標。

⑵拋填施工:嚴格按照設計拋填參數進行堤身拋填。拋填石料應滿足設計要求，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，使堤身在施工期有較強的抗風浪能力。

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

⑷循環推進:按拋填參數、爆破參數進行下一進尺的拋填、爆破。堤頭拋填進尺按4～5m 計，按拋填參數完成拋填后進行下一進尺的爆破擠淤施工，如此按“拋填—爆破”循環進行，直至達到設計堤長。

⑸局部補炮:在布藥過程中，如因布藥器遭遇石舌、零散塊石、孤石等原因導致部份藥包布設效果不佳，將視情況進行局部補炮。如側向藥包布設不佳，進行單側補炮;如端部藥包布設不佳，進行雙側補炮。補炮前先對堤身兩側進行觸探，探明泥石交界位置。

⑹檢測驗收:依據有關驗收標準、設計斷面要求對堤身進行檢測驗收，驗收合格的堤段方可進行理坡等后續工序施工。

直插式布藥器布藥示意圖

5 爆破擠於置換法應注意的幾個問題

(1)堤根過渡段淤泥厚度可能起伏變化較大，應根據前一進尺的布藥情況適當調整爆破設計參數，以達到最佳的爆破處理效果。

(2)施工中嚴格控制陸拋石料質量，石料為開山石，含泥量不大于5%;嚴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)爆填后形成石舌，爆后按設計斷面及時進行多次的補拋加載，保證爆后的連續擠淤過程。

(3)布藥設備的選用要合理。選用的布藥設備應滿足: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根據現場實際情況并結合相關爆破規程的要求進行選擇和使用，才能做到安全性能好、環境污染小和處理效果好。

6 爆破振動對周邊環境的影響

施爆地點距離村莊約1200 米，主要保護目標為水閘房，但較遠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格控制單段最大起爆藥量為120kg，并采用微差爆破技術，把爆炸的震動速度控制在2.3cm/s 以內。在爆破后對房屋、海上養殖等進行跟蹤觀測，未見異常情況。

依據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)。

經分析，本工程主要保護目標為水閘房，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;其它建筑物與爆破地點距離均較遠(均大于500m)，爆破振動的影響均可控制在允許范圍內。

7 爆破擠於置換法的質量控制

7.1 拋填自沉量的質量控制

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

(2)控制石料的拋填速率，保證石料有足夠的自沉時間且控制石舌向前的進尺量。在自沉量過大時應及時進行補拋，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，保證落底寬度達到要求。

(4)拋填時由專人負責計量與指揮協調，做好拋填資料收集統計。

7.2 爆炸促沉量質量控制

(1)淤泥厚度變化大，增加地質鉆探資料，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，用布藥機械或人工進行泥石交接位置探測，并作好標記，確保布藥間距和避開塊石。

(4)每次爆破前后對圍堤斷面進行認真測量，并結合拋填統計資料，對爆破效果作出評估分析，施工中應及時對圍堤薄弱處進行補強及加強等多次爆炸，以增加爆炸促沉量，以確保填石進一步擠入淤泥層中。

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，根據設計要求，每個典型段選取一個斷面進行鉆孔檢測，每個斷面鉆3 個點，分別位于堤軸線、內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束后，由設計、監理、業主三方根據地質及施工情況，指定薄弱位置進行檢測。

《鉆孔檢測結果統計表》中ZK01、ZK02、ZK03 對應為K0 +138 斷面的鉆孔位，ZK04、ZK05、ZK06 對應為K0 +228 斷面的鉆孔位，ZK07、ZK08、ZK09 對應為K0 +328 斷面的鉆孔位，ZK10、ZK11、ZK12 對應為K0 +405 斷面的鉆孔位，ZK13、ZK14、ZK15 對應為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據: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。

根據設計及規范要求，委托福建巖土工程勘察研究院對堤身拋石分布及厚度進行鉆孔檢測。

鉆孔檢測結果統計表

根據鉆探結果，堤身未發現淤泥夾層，同時泥石混合層厚度均在設計要求的2.5m 的范圍內。本次鉆探取樣揭示拋石體落底情況良好，堤身穩定。

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，設計斷面大小不一，拋石施工期間分階段采用計車數、過磅稱重，估算每一段拋石堤范圍內的拋石量，采用體積平衡法推算出拋石堤的落底標高，再與設計斷面的落底標高進行比較。

體積平衡拋石方量統計表

9 結束語

在堤身爆填結束后，我們通過體積平衡、鉆孔檢測法兩種方法對施工質量進行檢測，結果都表明拋石置換深度滿足設計要求和工程質量要求。證明爆破設計所采用的參數合理，爆破方法可行，達到預期的加快工程進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驗。