爆破挤淤技术在防波堤地基加固中的应用

　　爆炸法处理水下地基和基础技术简称爆破挤淤，是20世纪八十年代在连云港港口研究发明的国家专利技术，获得国家科技进步二等奖、国家发明专利金奖。

 

　　本项技术研制成功二十多年来，获得了重大突破，已经成为适应各种环境、条件、解决各种水工问题的软基处理新技术，在全国得到了广泛的推广应用，为国家节省数百亿元的工程投资。目前已经具有港口工程行业规范。

 

　　一、爆破挤淤的机理与发展

 

　　1.爆破挤淤的作用机理是：在淤泥质软土地基上抛填石料建设堤坝建筑物时，在抛石体前方一定位置的淤泥中，埋设一定深度的群药包，起爆后，在爆炸震动和空腔作用下，抛石体连同水和淤泥形成泥石流，向爆坑内坍塌，形成一定落地深度和宽度的泥下石体。在其上继续抛填，形成完整的抛石堤。

 

　　该项新技术的优点是：不需要大型的挖泥船用来清除淤泥；不需要拖运和倾倒淤泥引起污染和淤泥的回流，造成港口淤积，节省淤泥拖运费；抛石堤前没有挖泥，堤前水深小，波浪小，节省护面面积和吹填导滤层的施工面积；爆破挤淤抛石堤的断面小，节省抛石方量，不需要水上抛石，节省成本；松散的抛石体经过几百次的爆破震动，抛石体密实，工程质量好。缺点是：具有爆破危害，主要是爆破震动和水中冲击波对周围环境的影响。

 

　　2.爆破挤淤具有造价省、质量好、施工方便的特点，自上世纪八十年代该项新技术研制成功，在连云港港口建设中得到了广泛的使用，连云港的抛石堤全部采用了爆破挤淤新技术。为推广应用该项新技术，交通部成立了联合推广组，向全国各港口推广应用报批爆破挤淤新技术。爆破挤淤新技术的发展包括设备材料的发展和技术的发展。设备方面，我们研制了多项新设备和工艺以满足该项新技术的提高。在装药设备方面，从开始的人工装药，到半人工半机械装药，发展为现在的吊车震动式、挖掘机斜插式、挖掘机直插式陆上装药器；水上采用爆破船补药，一般为套管震动式。我们新研制的分段下沉、分段提拔的套管震动式装药器也获得了国家专利。在装药深度方面，由原来的1m多，发展到18m；装药效率方面，单炮装药时间由原来的12h，缩短到现在的30min；目前的装药工艺可以满足各种水深、各种波浪的布药要求。

 

　　3.随国家经济技术的进步，爆破材料方面，也有了重大突破。我们已经普遍采用了高性能防水炸药、导爆管起爆网络技术等，为爆破挤淤的技术提高和安全施工，奠定了基础。

 

　　在爆破挤淤技术方面，我们首先完善了该项新技术，在机理研究、药量计算、施工工艺方面，有了较大的提高，能够满足各种水工工程的软基处理要求，并确保工程质量。该技术在全国的大规模推广应用，也为该技术的总结提高积累了大量的宝贵数据。

 

　　二、实例分析

 

　　1.工程概况，某二期工程总长度为2812.78m，滩面标高为+3.15m～+4.90m，淤泥底面标高为-6.39m～-9.99m。围堰地基处理采用爆破挤淤，结构形式为抛石斜坡堤，堤心石规格为10～100kg开山石混合石料，堤顶标高+6.5m（当地理论深度基准面）。

 

　　2.爆破挤淤施工工艺

 

　　1.主要施工工艺

 

　　（1）测量放线。

 

　　根据业主单位提供的坐标控制点，设立施工控制点，应设置在不受干扰、牢固可靠的地方。根据设计施工图采用GPS-RTK进行测量放样，设立抛填标志。

 

　　（2）堤身抛填。

 

　　堤心石采用10～100kg块石，抛填时由堤根开始，向前陆抛推进，石料从石场经自卸卡车陆运至堤头卸料，然后推土机推填进尺。按照设计要求，每次端部爆破的循环长度为8m，我部根据实际工况暂定堤头标高控制在+8.5m左右。

 

　　（3）堤头爆填。

 

　　当堤心石抛填长度经现场测量人员确认满足要求后，停止堤心石向前抛填并进行堆高抛填，当堤头堆高2～3m后，准备爆破挤淤的施工。在抛填堤头前方一定距离内（泥石交界面前方约1m处），用挖掘机改装的装药器将药包群埋入堤头前方的淤泥下，药包总重量、单药包重量、药包间距、布药宽度、埋药深度等爆破参数均需通过典型施工确定。本工程设计单位给出爆破参数：单药包重量20kg、药包间距2m、布药宽度14m、单炮药包总重量160kg，埋药深度根据淤泥层厚度确定，埋药深度和布药宽度是处理淤泥层的关键，具体情况见图。

 

　　药包埋好后，将每个药包的导爆索引到堤头，采用导爆索传爆网络，陆上起爆。爆炸动能将淤泥排开，形成爆坑，同时爆炸的震动效应使淤泥受到强烈扰动，强度大大降低，堤头石料在瞬时内塌落，并沿淤泥强度小的方向滑移。每一次端爆结束后进行堤头补料至设计断面，再进行下一循环爆填。在严格控制进尺和抛填量的情况下，经过循环爆炸和振动，石料落到持力层上，完成了石料对淤泥置换。

 

　　（4）堤身侧向爆填。

 

　　爆炸置换作业主要由三道工序组成，即堤头爆（控制爆炸深度）+侧爆（控制爆炸断面形状）和爆夯（加强堤脚的稳定安全性），在工程实施中综合考虑，以全面控制爆填堤心石的施工质量。因本工程内侧为吹填区，只进行外侧侧向爆填。完成堤头爆填后，堤身石料基本落到持力层上，但为了增强围堤的稳定性，仍需对堤身外侧进行侧向爆填，爆破参数和施工方法与堤头爆填相同。堤身侧向爆填在堤头爆填后50m后开始，堤身侧向爆填循环进尺取50m左右。

 

　　（5）施工过程检测。

 

　　每次爆破前后，进行堤身断面测量和抛填量统计，采用自沉和爆沉累计算法及体积平衡法等分析，发现与设计有偏差时，及时调整抛填和爆破参数。　

　　3.布药工艺。

 

　　第一，设备配置。本工程原泥面一般在+4.12m～+5.04m，淤泥厚度为11.3m～14.12m，布药深度在7.53m～9.41m，选择陆上挖掘机成孔装药的施工方法。主要设备为挖掘机改装插药器。装药仓：长度约1.5m，管径约为220mm，装药杆长度为12米，管端设开关门。

 

　　第二，药包制作。炸药品种采用散装乳化炸药，主要是考虑炸药的防水，而且乳化炸药在药包加工过程中不易散落。导爆索采用防水塑料导爆索。

 

　　第三，起爆网络。首先把非电雷管插入药包中，然后将药包埋入泥中一定深度处，同时将导爆索引出水面，并与主导爆索相连（并联），导爆索可用单股或双股，最后用电雷管起爆。

 

　　4.爆破挤淤参数设计

 

　　（1）爆炸参数设计。

 

　　第一，堤头爆填设计单炮进尺：8m；药包间距：2m；药包个数：8个；单药包重量：20kg；药包埋深：7.53m～9.41m；布药宽度：14m；单炮药量：160kg。第二，堤身侧向爆填（外侧侧爆）药包间距：2m；单药包重量：20kg；药包埋深：7.53m～9.41m；药包埋设平面设置：泥石交界线外1m；一次处理长度：50m。

 

　　（2）抛填参数设计。

 

　　根据爆炸处理软基的特点与抛填要求，端爆的抛填进尺按8m控制，堤头范围内进行加高处理，顶部高程按+8.0～+8.5m控制，具体的抛填参数如下：第一，端爆。堤头高程：+8.5m；单循环抛填长度：8m；堤顶宽度：10m（外侧7m，内侧3m）。第二，侧爆（围堰外侧抛填）。堤顶爆前抛填标高：+8m；堤顶爆前抛填宽度：10m；堤顶爆后抛填标高：+6.5m；堤顶爆后抛填宽度：6m（轴线内侧3m，外侧3m）。一次处理长度：50m。

 

　　5.影响爆破挤淤抛石围堰落底效果的因素。

 

　　通过现场施工管理，发现在爆破挤淤施工中存在以下因素，影响爆破挤淤围堰落底的质量。

 

　　第一，堤头需超高、超宽抛填，超抛的堆载高度为2.5～3.0m，宽度3～4m，有时达不到堆载高度、宽度的设计要求。堆高时应采用缓坡向上推的原则进行。同时应严格控制好堤头爆填的循环进尺，避免超进尺作业。

 

　　第二，布药宽度、布药孔数、布药量、布药深度，要安排专职人员进行跟踪检查，以确保布药的质量。

 

　　第三，药包埋设位置，一般规定药包布设在泥石交界面外1m处，不能距离堤头太远，影响爆破效果。

 

　　6.爆破挤淤抛石围堰的质量检测。

 

　　爆破挤淤抛石落底深度和落底宽度是保证围堤稳定的重要指标，直接影响围堤的稳定性，必须进行严格的质量检测。爆破挤淤抛石堤检测方法有体积平衡法、钻孔探摸法、探地雷达法、地震映像法、瑞雷波法等，本工程采用探地雷达法进行质量检测，同时辅以钻孔检测进行校核。

 

　　爆破挤淤处理软基方法是一种水下软基处理施工的新技术。该施工技术在处理地基中具有工工艺简单、增强基床稳定性、可较大节省工程费用和缩短工期的优点。与常规施工方法相比，受自然条件的制约较少，较易保证工期，值得推广使用。

 

　　参考文献：

 

　　[1]王卫东.开挖与爆破技术在深厚淤泥地基中结合应用的研究[J].中国港湾建设，2011，6（3）：35-38.

 

　　[2]张志高，施召云.溪洛渡水电站左岸进水口高边坡开挖爆破技术[J].施工技术，2011，40（9）：73-74，77.

 

　　[3]严匡柠，邹文明，朱贤博.江坪河水电站堆石坝冰渍砾岩筑坝料爆破试验研究[J].施工技术，2011，40（12）：1-3.