深水裸露爆破擠淤填石工藝在董家口港引堤工程中的應用

鄭允磊，譚劍波

（1.中交第一航務工程局有限公司，天津 300461；2.中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

0 引言

青島港引堤工程全長2 408 m，根據各里程段不同的地質條件，選擇不同的基礎處理工藝，其中K0+650 m—K2+100 m 里程段淤泥厚度為5～8.8 m，介于4～25 m 之間，宜采用爆破擠淤填石進行軟基處理[1]。由于本工程工期較緊，對爆破擠淤施工效率要求較高，而常規的水下鉆孔布藥爆破工藝操作流程較繁瑣，爆破準備時間長，并受堤身施工通道窄、堤頭水流條件復雜等條件制約。

綜合考慮上述工程特點和難點，采用水下裸露爆破擠淤填石。利用本工程爆破擠淤施工段淤泥厚度較小，水深較大的地質條件，直接在水下泥面裸露布藥，大大簡化爆破擠淤施工工藝，提高施工效率，確保工程進度。因裸露爆破擠淤填石的機理﹑裝藥工藝﹑施工參數及施工組織都不同于以往的爆破擠淤施工，故在施工中如何對布藥工藝﹑爆炸參數﹑施工組織管理進行嚴格的設計，確保引堤堤身落底深度和寬度，是本工程爆破擠淤成敗的關鍵。

1 裸露爆破可行性

本工程爆破擠淤施工段淤泥砂石含量極少，孔隙比1.6～1.7，含水率60%左右，屬于常規性淤泥，爆破難度較低；泥厚5～8.8 m，淤泥層較淺，于高潮水位爆破時，水深11～16 m[2]。引堤爆前堤頭拋填頂標高為+6 m、底標高為-10 m 左右，堤身高，勢能大，爆炸使淤泥受到強烈擾動，強度大大降低，堤頭石料瞬時塌落，能擠出更多的淤泥。

由爆炸壓力擠掉大部分淤泥，由石料塌落擠掉剩余部分淤泥，在達到設計及規范要求的同時大大提高了爆破效率，保證了工期。

爆破參數設計時，將原泥面以上部分海水視為同等重量不同厚度的淤泥，例如12 m 海水可視為7.5 m 厚淤泥，或6.25 m 厚淤泥加2 m 海水，或5 m 厚淤泥加4 m 海水等等（將淤泥與海水的重度比取為1.6:1），從這個意義上來講深水淺層淤泥水下裸露爆破可等效的視為淺水深厚淤泥水下鉆孔爆破。

舉例說明：爆破處理泥厚為6 m，水深為12 m。

1）假定將泥面以上部分海水視為同等重量不同厚度的淤泥后，若覆蓋水深Hw＜2，藥包埋深h應滿足以下條件：

h=（h+6）×0.5；12-1.6h＜2；求得 h 不存在。

2）假定將泥面以上部分海水視為同等重量不同厚度的淤泥后，若覆蓋水深2≤Hw≤4，藥包埋深h 應滿足以下條件[3]：

h=（h+6）×0.45；2≤12-1.6h≤4；求得 h 不存在。

3）假定將泥面以上部分海水視為同等重量不同厚度的淤泥后，若覆蓋水深Hw＞4，海水折算淤泥厚度為7.5 m；

藥包埋深h = 7.425 m；

即藥包位于原泥面上0.075 m 處，因此把藥包擱置于泥面上，將深水淺層淤泥水下裸露爆破等效視為淺水深厚淤泥水下鉆孔爆破。

2 爆破擠淤填石原理

基于上節的理論支持，深水淺層裸露爆破擠淤原理與常規鉆孔埋入爆破擠淤原理基本相同：先對堤身實施陸路拋填，當達到爆填進尺時，開始爆填作業。將藥包放置于堤身前方泥石結合點外一定距離內的泥面之上，采用導爆索傳爆網絡，陸上起爆。爆炸動能將淤泥排開，形成爆坑，同時爆炸使淤泥受到強烈擾動，強度大大降低，堤頭石料在瞬時內塌落，并沿淤泥強度小的方向滑移。經過爆炸和振動，石料落到持力層上，完成了石料對淤泥的置換。重復進行上述的“拋填—爆炸”循環施工作業直至達到設計要求。在施工過程中，用體積平衡法估算石方落底情況，并分別用探地雷達法和及鉆孔探摸法進行檢測。原理示意圖見圖1。

圖1 原理示意圖Fig.1 Principle diagram

3 工藝流程及施工要點

3.1 工藝流程

工藝流程圖[4]見圖2。

圖2 工藝流程圖Fig.2 Process flow diagram

3.2 施工要點

本工程爆破擠淤施工要點是布藥。施工中采用陸上機械實施水下布藥，裝藥機具主要由1 臺履帶吊、1 根鋼梁、1 卷細長鋼絲、若干插銷組成。經計算，在2.5 t 吊重下，50 t 履帶吊最大臂展為26 m，能滿足布藥點最大距離要求。

布藥時先將浮漂（礦泉水瓶或泡沫）和藥包用鐵絲圓環系綁，穿于插銷上，再將插銷插入鋼梁的預留插銷孔上（預留插銷孔間距按藥包放置間距排列），通過細長鋼絲繩將插銷串聯在一起，然后履帶吊車行至指定位置，提升鋼梁旋轉吊臂使鋼梁位于藥包布設位置正上方，后下發鋼梁至原泥面由技術工拉動串聯插銷的鋼絲繩，使插銷與鋼梁分離，浮漂上浮以確定藥包脫落。提起鋼梁進行下一循環作業，布藥時間一般選取在漲潮及高平潮階段，避免在落潮時潮水對堤心石的牽動作用使堤頭石料滑動下陷，以保證布藥作業的安全。布藥示意圖見圖3。

圖3 布藥示意圖Fig.3 Schematic diagram of drug distribution

4 施工參數的確定

按照規范要求，綜合考慮各種影響爆破效果的可能因素，通過典型施工，對深水淺層淤泥水下裸露爆破擠淤施工工藝的參數進行設計、確認。

4.1 拋填參數

堤心石推填頂標高為+5.5 m，為增加堤頭拋石體動力慣性，使堤頭拋石體在爆炸荷載的作用下沉降加大，堤頭采取超高拋填，施工時按高程+6.0 m 控制。

進尺LH（堤頭一次拋填推進的水平距離）：Hm為 4～10 m 時，LH取 5～6 m。

拋填寬度：指堤頭拋填的頂部寬度，為13 m。

4.2 藥包間距、個數

根據施工經驗取藥包間距：a=4 m；布藥長度取為LL=20 m。

藥包個數：m=LL/a+1=6 個。

4.3 一次爆破排淤填石藥量計算

根據計算和經驗取值：一次爆破排淤填石藥量Q=658 kg。

每個藥包的藥量Q1= Q/m=110 kg。

4.4 堤外側爆夯參數

堤身側爆按爆破夯實進行設計，根據現場實際情況堤身坡腳處標高平均超出設計標高2 m，即爆破夯實后石層頂面平均沉降量ΔH 為2 m。

布藥位置距堤軸線28～30 m（距離堤側底腳線3 m 左右），平行于堤軸線一字布藥，藥包直接放在水下坡腳石面上。

由公式計算得出單藥包重量q2=30 kg；每炮藥包數量為30～60 個。

防波堤外側爆夯火工品用量約為：乳化炸藥20 t，導爆索1 萬m，雷管30 發。

5 質量檢測結果

按設計要求，本工程選用了探地雷達法、鉆孔探摸法及沉降觀測方法來檢驗裸露爆破擠淤填石施工效果[5]。

5.1 探地雷達法檢測

通過彈性波在堤心石中的傳播速度測定堤身的落地情況，按規范要求對K0+750 m、K0+800 m、K0+850 m、K0+900 m 里程點進行了雷達波測試，共完成測試點4 點。

探地雷達檢測結果表明：各測點爆破擠淤后碎石體底界面埋深在20.79～21.32 m 之間，墩體平均剪切波速度大于250.0 m/s，堤心石落底深度達到設計要求（19～30 m），而且拋石層底面與下臥層頂面之間銜接良好，未見沙泥層（團）現象，由此可見全堤爆破擠淤施工質量良好[6]，滿足設計要求。

5.2 鉆孔探摸法檢測

在堤頂上鉆孔是檢驗爆破擠淤拋石體落底的最直接有效的方法。依規范要求，每500 m 一個斷面，每斷面布置3 個鉆孔。根據鉆探取得的成果資料，堤心石回填層厚度為19.00～22.70 m，平均為21.09 m，填石置換層底面和下臥地基層頂面之間的混合層厚度最大約0.9 m，不大于1 m，堤身落底情況好[7]，滿足了設計與規范的要求。

5.3 沉降觀測

沉降觀測主要針對拋石體下臥土層可能產生的變形，是爆破擠淤檢測的一項重要環節。通過對引堤沉降觀測資料分析，引堤月累積沉降曲線呈逐漸變緩的趨勢，可以判定堤身是穩定的[8]。

6 結語

經過青島港董家口港區西防波堤施工引堤工程基礎處理，在進行水下裸露爆破擠淤施工方面的嘗試獲得了成功，主要創新點為：

1）改進了施工工藝，各項操作簡易化，尤其是水下裸露爆破避免了水上鉆孔布藥這一環節，提高了工作效率，并在一定程度上降低了爆破成本。

2）采用陸上裝藥，不需要大型施工機具和船舶，不受風浪、涌浪的影響，具有施工工藝簡單、施工速度快、后期沉降小、整體穩定性強等優點。

3）在高潮時進行爆破，既增加了擠淤量，又保證了在布藥時的人員機械安全，同時減小了爆破震動對周圍環境的影響，降低了淤泥對周圍環境的污染。

4）采用探底雷達法對進行爆破擠淤效果進行檢測，多方位分析施工結果。

深水淺層水下裸露爆破擠淤填石技術在本工程中的成功應用，表明了采用水下裸露爆破在深水淺層爆破擠淤填石技術上是可行的，施工中所采用的方法和參數基本合理。本工程爆破擠淤的成功實施為今后類似工程施工提供了寶貴經驗。