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)

隨著國內(nèi)對生態(tài)環(huán)保要求及國外發(fā)達(dá)國家綠色壁壘的不斷提高，限制高排放、高環(huán)境風(fēng)險產(chǎn)品的生產(chǎn)與使用，國家發(fā)改委與工信部在《關(guān)于促進石化產(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]。因為化工基地設(shè)備眾多且設(shè)備壽命期有限，建設(shè)費用非常高昂，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。特點是堤寬較大，安全性能高。本文項目所在為東南近海某孤島，項目安全的重要保障即為防波堤。

1 項目特點

本項目的石化基地位于我國東南近海，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，臺風(fēng)影響時可達(dá)9 m以上巨浪。施工時風(fēng)浪均正面作用于防波堤，強風(fēng)期較長，對工程施工影響較大，水上作業(yè)條件差，船舶作業(yè)天數(shù)有限。進場施工船舶和大型機械設(shè)備多，故潛在著諸多不安全因素，須強化安全管理工作。該地區(qū)的強風(fēng)向為N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。防波堤全長約3 300 m，堤寬約63 m，爆填最深處約30 m。工期11個月，爆破擠淤法填石方量約283萬m3。施工期跨1個雨期、1個夏期，2個冬期，1個臺風(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，淤泥在爆炸后無法歸位而被置換[2]。本項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→測量放線(水深地形復(fù)測)→典型段試驗→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→爆后斷面測量→爆后補拋及理坡。

2.2 主要成堤過程

防波堤施工時，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)計寬度63 m的堤身，爆破施工時的寬度往往超過65 m，然后通過理坡收窄堤身達(dá)到設(shè)計寬度。堤頭拋填石料時，大的石料要拋在外側(cè)，這樣坍落成堤時也位于堤身外側(cè)，可以有效阻擋波浪的沖刷；同時大的石料下落時產(chǎn)生的偏移相對較小，可以有效降低石料的拋撒量，節(jié)約石料和施工成本。成堤主要程序為“堤頭爆填，邊坡補料爆夯，機械理坡”。

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)拋填進尺達(dá)到設(shè)計值后，在堤頭包絡(luò)線位置布設(shè)藥包群，按照計算的本次計劃爆破淤泥的厚度將炸藥包埋入計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)，同時爆炸的震動效應(yīng)使堤頭石頭失穩(wěn)及擾動下塌，使淤泥的整體性受到破壞，強度降低，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)邊坡補料爆夯。為了增加堤身兩側(cè)的密實度及穩(wěn)定性，在淤泥厚度較大的地方應(yīng)重點檢查爆炸密實效果，并及時補料爆夯。施工時應(yīng)注意盡量內(nèi)外側(cè)同時起爆。這樣爆炸力和坍塌填筑比較均衡，更容易形成設(shè)計斷面避免浪費。

3)機械理坡。邊坡補料爆夯后，在下一個進尺完成后，應(yīng)采用機械進行理坡，并把前一個進尺的翅膀挖出形成標(biāo)準(zhǔn)斷面，邊坡補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)計及火工品消耗量

爆破參數(shù)設(shè)計按照《爆炸法處理水下地基和基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》進行，施工中根據(jù)施工情況及時調(diào)整相關(guān)參數(shù)。尤其是邊坡補料爆夯的各項參數(shù)和炸藥用量，仔細(xì)測量計算，以免擾動成型的堤身。

3 施工中的重點和難點分析及對策處理

3.1 爆破規(guī)劃中應(yīng)重點注意的問題及處理措施

孤島周邊海域通常有以下特點：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)，需要進行多次爆破；4)強風(fēng)期較長，且為臺風(fēng)多發(fā)區(qū)，臺風(fēng)最高風(fēng)力為14級，浪高超過10 m。

針對上述特點，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，及時補拋等。臺風(fēng)來臨時，為了確保堤身、堤頭臺風(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。本項目在臺風(fēng)來臨時單耗藥量增加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)重點注意的問題及處理措施

因為本項目所處位置幾乎不會出現(xiàn)海水冰凍，冰棱對防波堤的影響很微弱；工程位于無掩護的開敞海域，受風(fēng)浪潮的影響較大，施工中應(yīng)重點把控風(fēng)浪的影響；該地區(qū)又為臺風(fēng)多發(fā)區(qū)，要特別重視臺風(fēng)季節(jié)的施工。

針對風(fēng)浪潮的影響，施工采用機加靜壓直(斜)插式裝藥器作業(yè)。布藥機陸上裝藥，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，又減少布藥時間，提高施工工效。

臺風(fēng)季節(jié)的施工，重點做好以下兩點：

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)報有大風(fēng)時及時用墊層石、護面塊體掩護坡面。

2)做好堤頭安全渡臺。根據(jù)爆填機理和工程研究成果可知，防波堤在多次爆破振動下不斷被密實，其整體性經(jīng)檢測能達(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，所以想安全渡臺，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，在收到臺風(fēng)預(yù)報后停止推進，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)計要求完成。即內(nèi)坡面完成兩層墊層塊石拋理及護面塊體的安裝；外坡面完成250 kg～500 kg護面塊石的拋理。

4 檢測結(jié)果及總結(jié)

沉降觀測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1次～2次，發(fā)現(xiàn)問題及時處理。表1為月沉降量累計檢測抽查結(jié)果匯總表。

表1 月沉降量累計(mm)檢測抽查結(jié)果匯總表

本工程設(shè)計文件中的沉降速率指標(biāo)為日沉降量小于10 mm，從檢測結(jié)果來看，爆破填石效果良好。經(jīng)過一年觀測，堤身沉降基本穩(wěn)定，滿足設(shè)計要求。本工程在11個月工期內(nèi)完成了283萬石方的堤身填筑，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)爆炸振動后密實度高，穩(wěn)定性好，后期沉降小)，施工費用較少，可以為國家經(jīng)濟建設(shè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟效益。