基于爆破擠淤填石法的拋石堤地基處理施工技術與應用

莫 鋈 江西省港航設計院有限公司

鄭世武 天津臨港港務集團有限公司

我國東部沿海灘涂上，覆蓋著深厚的超軟基。如何在淤泥的軟基上修建海堤是人類一直研究探索的技術課題。經過多年的摸索，逐漸出現了拋石強夯置換法，先在軟基上拋石，然后強夯。使得拋石著底，形成一個置換體，這樣置換體就會和原地基形成復合地基，來共同承受上部荷載。該法處理的軟基深度可以達到6-8m。砂樁、粉噴樁等也可用于處理海堤的軟基，但存在施工復雜、工期較長、質量不穩定、造價比較高等問題。本文以一個工程實例詳細介紹了一種新型的軟基處理技術爆破擠淤填石法。

1.工程概況

某港防波堤工程全長2408m，采用拋填開山石回填的工藝方法，斷面寬30米，淤泥厚度在5～8.8m之間，介于4～25m之間，符合規范要求的爆破擠淤法適宜深度，經過參建單位多次討論，研究方案，本項目最終確定采用爆破擠淤填石法進行地基處理。

2.爆破擠淤

2.1 爆破擠淤的原理

爆破擠淤法也稱為爆破擠淤填石法，是處理軟土地基一種的方法。它是將一定深度里的淤泥通過爆破填石形成復合地基，達到設計要求的荷載且沉降量滿足要求的一種施工工藝。

其原理是：在軟基中直接或通過鉆孔埋放炸藥包，炸藥埋在距離拋石體外邊緣一定的距離和深度內。爆破擠淤原理示意圖見圖1所示。藥包在堤身爆炸時，在起爆瞬間的爆炸會產生負壓，爆轟氣體會產生向淤泥內作用，將軟土地基中的淤泥擠開。軟基中會形成一個空腔。拋石體隨之就會發生坍塌，充填到空腔內。拋石體并整體滑向爆炸坑。在某一范圍和高度內的軟土，會在非常短的時間內將被置換成塊石體，拋石體會在自己重力作用下，進一步滑移或下沉入軟土地基中。經過后續的多次爆破振動后，爆炸會形成擠壓效應，堆石體下沉至持力層。這樣就可以取得置換淤泥的效果。

圖1 爆破擠淤原理示意圖

2.2 爆破擠淤法的優勢

爆破擠淤填石法處理海堤具有以下優勢：

（1）爆破擠淤具有爆炸后空腔和在瞬間能夠完成置換這兩個特點。置換深度較深、范圍較大。不需要復雜的施工技術和大型的施工機械。爆破的時間非常短，車輛通過能力強。堤身推進速度快。

（2）防波堤導堤側向淤泥的反壓所形成的密實作用，會增加堤身拋石體的密實度，爆后沉降量在20cm-30cm。裝藥、拋填兩個工序可以一起進行，成堤速度不受天氣影響，僅取決于拋填速度，故施工速度大大提高。

（3）拋石分為陸上拋石和水上拋石，爆破擠淤可完全實現全部采用陸拋石，陸拋石費用較水拋石節省近一半費用。可縱向循環推進，非常適合較長防波堤施工。

（4）處理的淤泥厚度深。根據設計規范，爆破擠淤處理深度在4-12米，根據多年的工程實踐，多工程案例已經突破12m，甚至有突破20m以上厚度的淤泥處理實例的出現。

3.爆破擠淤技術施工技術

3.1 施工流程

爆破擠淤的主要施工程序有:測量放樣、堤身拋填、堤頭爆炸、爆后循環、兩側爆填等。

3.2 參數確定

根據《水運工程爆破技術規范》，結合項目特點，在施工前要與參建各方討論，確定各種可能的因素會對爆破后果造成的影響。在編制施工方案時，要確定進行典型斷面施工，在工程中確定對淤泥爆破施工的各個施工參數。確定好各參數后，才能大面積展開施工。主要施工參數參見表1所示。

3.3 布藥方式

爆破擠淤填石法隨著步藥工藝和步藥機具的改進，目前主要有兩種步藥方式。主要有兩種步藥方式：壓入式布藥和振動式布藥。

（1）壓入式布藥。壓入式布藥機具,是用一臺挖掘機進行改裝而成的。壓入式布藥機將一個料斗替換成一個夾持機構。送藥過程是利用夾持機構，夾住一個送藥器，將藥推入泥中。送藥器是由一個裝藥倉和一根連桿兩部分組成。裝藥倉的半徑約17-18cm。

（2）振動式布藥。壓入式布藥方式的優點是操作簡單，效率高，適合淤泥較淺的工況下操作。在堤身較高或淤泥較厚或淤泥中夾有砂層的工況下，受制于挖掘機臂長的限制，就不適用了。就需要采用采用另外一種方法，稱為振動式布藥方法。振動式布藥機具由吊車、振沖器、布藥器、發電機組組成。振沖器上安放鋼套管一根。藥包從鋼套管中安放，此法一孔可同時放多個藥包。振動式布藥的作業方式不受到風、浪、流和水深的影響。這種布設方法缺點是成本較高。

本項目根據淤泥厚度和水深的特點，采用插入式布藥的方式，這種布藥方式操作簡單，比水上裝藥的時間節省2-3個小時。

4.爆破擠淤質量檢測

為了檢測爆破擠淤的效果，爆后需要檢測，目前最常見的三種方法分別是體積平衡法、鉆孔探摸法、探地雷達法。

4.1 體積平衡法

體積平衡法是爆炸前后分別每20米測量堤身斷面，由此估算出拋填的石料下沉的體積。在橫斷面測量時候，每2米測一個標高點。繪制出拋填斷面圖。在施工過程中記錄拋填石料放量，通過爆前和爆后兩個體積數，能估算出落底深度和推進距離。此法簡單實用，誤差比較大，需要配合它法一起使用。體積平衡法在使用時沒有考慮到斷面的實際形狀，以設計斷面進行換算，估算拋石體的落底深度時誤差較大。

表1 施工參數表

4.2 鉆孔探摸法

鉆孔探摸法是用來檢驗爆破擠淤的一種最常見的辦法。該法利用鉆機，用回旋法將鉆頭直接鉆入地層，從而取得地層芯樣進行封層，可以獲得各層厚度，該法比較直觀可靠。該法目的是揭示拋填體的厚度，混合層的厚度。可以直觀的查明落底深度和厚度。

4.3 探地雷達法

探地雷達法是無線電波來確定地下介質分布的一種方法。用一種叫淺層地震儀的儀器，測試聲波，從而驗證對鉆孔的拋石底的高程。根據接收電磁波的波型、振幅強度和時間的變化特征，推斷地下介質的形狀、位置和埋深。可作縱斷面檢測和橫斷面檢測。探地雷達法應用在很多領域，檢測范圍廣，檢測速度快。是目前最具有發展前景的檢測方法。

上述的3種檢測方法，在實際工程中都被采用過，經過多方比較，本項目采用體積平衡法和探地雷達法兩種方法，共同驗證淤泥爆破效果。

采用體積平衡觀測方法，對觀測結果進行了分析。結果表明，采用爆破夯實法對水下拋石床進行夯實。其中最大下沉量約1.65m,平均夯實率為15%。整體來說，通過體積平衡法測量的兩次體積證明夯實的效果明顯，符合設計的要求。

采用探地雷達檢測方法爆破擠淤海堤橫斷面形態的檢測，當海堤兩側有海水覆蓋時，橫斷面探地雷達檢測可分三段進行，其中堤頂段采用點測方式進行，點距0.5m，兩側邊坡及水下部分，可在堤頂處將探地雷達天線翹起一定角度，固定地面天線不動，另一天線緩慢勻速降落，對水下部分進行連續掃描，以探測石堤的邊緣形態。水下部分的檢測也可以在水上進行，為了避免船只的干擾，檢測所用的船只必須是非金屬的，可使用玻璃鋼船或木船進行檢測。通過兩種方法檢測結果表明，本項目的爆破擠淤效果良好，取得了預期的效果。

5.小結

爆破擠淤填石法適用于有軟土層的防波堤地基處理。該施工技術在處理地基中工藝相對簡單，能夠增強防波堤基床穩定性，能夠較大節省工程投資和縮短工期。該方法可值得推廣使用。