广东金东海集团有限公司 广东汕头 515041
摘要：从施工方案比选、工艺流程、布药工艺、卸压爆炸设计参数计算、质量监控等方面介绍卸压爆炸堆石挤淤法在广东某海事监管基地工程护岸的成功应用。
关键词：护岸；堆石；卸压爆炸挤淤；质量监控
Application of pressure unloading explosive rockfill method in soft foundation treatment of revetment。
OU Zuo-jing
（Guangdong Gold East Sea Group Ltd.，Shantou 515041，China）
Abstract：This paper introduces the successful application of the pressure relief explosive compaction method in Guangdong maritime supervision base engineering revetment from the following aspects：the comparison and selection of construction plan，the technological process，the layout technology，the design parameters calculation of pressure relief explosion and the quality control。
Key words：Revetment；rockfill；pressure unloading explosion and silting；quality control。
1 工程概况
工程位于广东某海事监管基地码头场址内。护岸施工长度为313.2m，其中永久护岸长度为225.3m，临时护岸长度为87.9m。永久护岸地基处理采用爆炸堆石挤淤置换上部淤泥软土层。
2 地质条件
工程所在海域与爆炸挤淤相关的地基位置上的主要地层较简单，置换的平均淤泥厚度为2.0m，淤泥质粘土层为3.3~7.45m，地基自上而下可划分为：○1淤泥和②淤泥质粘土，为爆炸挤淤置换软土层。灰色，饱和，软塑。分布在整个护岸的地基表面上，层厚沿护岸轴线方向发生较大变化。层顶平均标高为-3.0m，层底平均标高为-9.8~-12.45m），层厚为5.30~9.45m。
3 施工方案
3.1 方案比选
随着爆炸处理软基应用的不断发展，技术研究的不断深入，人们依据自已的工程特点总结了多种爆炸处理软基的筑堤施工方法，根据爆炸处理软基的主要机理，筑堤的施工方法主要有以下三种，现分别介绍如下：
1）水下淤泥质软基的爆炸处理法（简称“爆炸排淤填石法”）
研究表明，由爆破理论可知，爆破抛掷的方向和排淤体积，自由面起着重要的作用，而排淤方向为软基水平面，单排布设药包，不仅排淤效果很低，而且爆炸用药量要非常大，因此定额规定炸药单耗在0.5kg/m3以上。群药包齐发起爆，一次起爆药量大，爆破危害较大。目前“爆破石舌”形成的理论不明，形成的条件也仅仅在淤泥较浅情况下，因此，该法适用于爆破排开置换较浅的淤泥软基。
2）控制加载爆炸挤淤置换法（简称“爆炸挤淤置换法”）
该法主要机理是基于土工计算原理，依据设计断面的参数，控制抛石的高度和宽度，以抛填代替“爆炸石舌”。其优点是克服利用“爆炸石舌”不能满足设计平台宽度的要求，提高了堤身的整体稳定，但是受到堤顶设计宽度和抛填车辆的要求，抛填超高一般为1~3m，并且爆破参数的设计、工艺都与“爆炸排淤填石法”相同，可见，该法只是对已前方法的补充，还不能称为一个技术方法。
3）卸压爆炸堆石挤淤法
①堆石挤淤作用：由土力学强度理论可知，当淤泥中的附加应力大于土的抗剪强度时，淤泥发生塑性变形，随着附加应力的增大，淤泥软土发生剪切破坏。而当抛填的堆石体产生的基底重力载荷作用在淤泥上时，堆石体很短的施工时间抛填到一定的高度，浅层淤泥中的堆石产生的附加应力远远大于淤泥的抗剪强度，堆石体挤开淤泥下沉，当淤泥的容许承载力不小于堆石的产生的重力荷载时，堆石体在淤泥中停止下沉，堆石体与淤泥组成的结构达到一个临时的平衡状态，完成一次置换过程。
②卸压爆堆石挤淤作用：由朗金被动土压力qmax、反压土压力qs和软土的阻力qDC使堆石底下的淤泥软处于临时平衡状态，AB为反压土的作用范围。在堆石体的端部范围内布设计延迟药包1和2，在爆破作用下将卸压，临时平衡被破坏，堆石产生附加载荷远远超过淤泥的极限承载力，堆石下沉，淤泥被挤出。如图1的爆破时受力图和图2卸压爆后堆石挤淤的状态图。
③从我国沿海大部分地区的海床淤泥软土的物理力学及工程性质可知，淤泥软土具有结构性，表现为原状土的强度大于重塑土的强度，土力学中将二者之比称为灵敏度St；又淤泥软土的强度随着淤泥深度的增加而增大，即软土的地基极限承载力在增大。因此，爆破设计除发挥其卸压挤淤作用的同时，改变淤泥软土的强度，是实现深厚层爆炸堆石挤淤的重要环节。为此，淤泥软土中的爆破作用对淤泥的扰动和破坏，原状土与爆炸扰动和破坏后的淤泥强度之比我们用爆破软化系数Sbt表示，量化Sbt，可作为优化爆破设计参数的依据，其结果Sbt≥St。软土置换中爆破效果愈佳，爆破软化系数Sbt愈大，爆后淤泥的强度越低，软土的极限承载力愈低，堆石置换效果越佳。图2中的药包2主要起深层淤泥软土的爆破软化作用。
该法的主机理可概括为淤泥的爆破软化下的卸压控制爆破，迅速降低淤泥的极限承载力，实现堆石的下沉置换，当一次不能完成实现时，可经过数次卸压爆炸，堆石体由上自下的置换淤泥，直到形成稳定的堆石堤。
3.2 装药工艺比选
3.2.1 爆填装药工艺
从装药的作业方式划分，常规的装药工艺有以下三种：水上爆破作业船、挖掘机改装直（斜）压入式布药机（如图3）和吊车加振动器或冲击器的布药机（如图4）。水上船装药可保证装药深度，受风浪影响，工效较低。挖掘机改装直（斜）静压装药机装药工效快，施工方便，目前最长臂达20m，装药水平距离可达16m，能满足10m内的装药要求。吊车加振动器或冲击器的布药机是在汽车吊机的基础上加装布药机具的一种装药设备，能满足各种装药深度，又因可根据工程条件要求选用不同起吊重量和臂长的类型的吊车，其适用性最强，但设备组成多，移动慢，装药效率较低，投入较大。依据本工程的施工条件和处理淤泥的厚度，本工程选用陆上挖掘机改装的压入式布药机施工较为合理，同时配置以下2种典型的装药器（图5）。
一般情况下，施工工艺主要包括堆石端部“U”型卸压控制爆破、堆石体侧面的卸压控制爆破等内容。结合本工程淤泥软处理厚度较浅，厚度为5～9m，施工主要工艺包括端部爆填工艺和块石基础爆夯工艺。端部爆填工艺流程主要为药包加工、测量控制→超宽超高抛填→装药设备驻位→由内侧堤端外侧泥石交界位置埋设药包→爆前测量—爆区内所有人、机械、船只退至安全范围内→由内向外将药包并联在一条引爆线，引出引爆炮头→接电雷管→爆破员牵引起爆导线至起爆站→爆破警戒→爆破员在指挥员指挥下起爆→准爆（或排除肓炮后）→爆后测量→缩窄补抛填至刚施工完成的堤端位置→超宽超高抛填至下个爆炸进尺。循环上个作业流程，直到完成整体设计堤身长度的端侧爆施工。端侧爆填工艺流程如图6和图7所示。
3.3.2 主要施工步骤
护岸推填和爆破施工采用由堤根至堤头的方向推进，主要施工步骤和要求如下：
①施工准备，移交控制测点，抛填测量与放线。
②按照施工设计宽度和高度抛填（如图8、图9）。护岸堤身抛填宽度为9.5 m，堤顶标高+2.5m，超高+1.0m，推填进尺为5~6m。
③在爆填前沿轴线方向测量1个纵断面。
④堤端爆填布药施工。在堤端和堤侧布药位置装药施工。
⑤爆区爆前警戒，起爆。爆后测量。
⑥补抛填施工，护岸堤身抛填宽度为9.9 m，堤顶标高+1.8m，预留沉降量30cm。
⑦按要求补抛和推进，按“宽抛—端部爆包头爆填—补抛填—按设计补抛、堤头宽抛推进”施工。
由①至⑦工序循环施工，直到全堤端部爆填施工完成。
⑧每完成50~100m堤身长度的爆填时（台风期不大于30m），进行块石基础抛填，检查验收块石基础。
⑨块石基础爆夯施工。陆上吊装布药施工。按以上工序循环施工直至完成整个堤身爆炸处理。
⑩进行隐蔽工程验收。爆炸处理完成50~100m后，按照设计要求进行钻孔探摸等检验工作。
⑾资料整理与验收合格后进行下道工序施工。
⑦延迟间隔
为了爆破安全，本工程结合不同的位置采用延时爆破，以减少爆破对周围环境的影响。侧爆爆填采用内外侧药包延时起爆方式，延时时间大于75 ms；块石基础采用延时起爆方式，延时时间大于25 ms。
3.4.2 爆破网络设计
本工程埋药是在水下淤泥中施工的，必须选用防水的火工品和采用防水防潮性能或措施的起爆网络。本工程选用抗水性能好的乳化炸药，电雷管起爆，塑料导爆管传爆和引爆炸药。其中端部爆填起爆网络设计为由主导爆管将各个药包引出的非电管并联，引至堤顶上，用2发并联电雷管，导爆管传爆的爆破网络（见图11）。
3.5 爆破安全距离的确定
爆炸处理软基爆炸效应一般有水中冲击波、爆炸震动、爆破飞散物以及爆炸产物的污染等。这几种水下爆炸效应对环境的影响安全范围在《国家爆破安全规程》中作了相应的规定，并给出了计算公式。根据确定爆炸源与人员和其他保护对象之间的安全距离，应按爆炸效应对人员和其他保护对象的影响进行核定并取其最大值的原则，针对本工程中保护对象的要求和特点，主要考虑到爆破震动、爆破飞散物和水中冲击波的安全距离来确定警戒范围。
3.5.1 爆破震动安全距离
爆破震动安全距离
R=Q1/3（K/V）1/а
式中Q为一次起爆最大药量，kg；本工程采用延迟爆破技术，爆填最大起爆药量为100 kg，爆夯最大起爆药量15 kg；V为安全震动速度（cm/s），保护对象取2cm/s安全振动速度控制；R为与爆源的安全距离（m）；K、a为与爆破地区地质、地形、爆破方式有关的系数和指数。
根据安全规程中的规定，在爆填方式时，取K=400，а=1.35；在250m以外的爆破振动速度小于民房安全振速，也满足现有护岸的振动安全要求。在本施工区300m外，爆破施工环境良好，满足振动安全要求。
3.5.2 爆破飞散物的安全距离
爆填时爆破飞散物为抛掷淤泥、个别飞石和冲击落水等物质，根据类似工程的施工经验，结合本工程由于覆盖水较深，一般施工水深小于6m为实际条件，爆破飞散物的安全距离不大于100m。
3.5.3 水中冲击波安全距离
本工程随着爆炸施工的推进，尽管在堤端和堤身两侧隆起高度为1~2米的淤泥包，但是施工水深小于6m，爆填和爆夯将在水下进行，所以本工程应考虑水中冲击波的影响。根据规程中的有关规定，对人员安全距离为1200m；对木船200m；对铁船150m。
3.5.4 空气冲击波安全距离
本工程由于是在海上爆炸，施工水深大于3m，空气冲击波强度被大大衰减，其安全距离与爆破飞散物、水中冲击波的安全距离相比要小的多，可不考虑。
4 施工质量的检测
4.1 体积平衡检验
根据抛填断面及每炮爆前爆后测量结果，估算堤身落底深度；根据抛填石料质量、方量记录，用体积平衡法估计堤身断面形状；堤心爆填进尺30m进行一次体积平衡检验，根据检验结果，可适当调整爆炸参数。方量平衡考虑抛石流失5%，爆破造成的密度增加8%。
4.2 沉降及位移观测
在施工期和主体工程结束时，均设立沉降观测点，每50m设置一对沉降位移观测点，定期观测，施工期主要掌握沉降位移的规律，为挡浪墙施工提供依据，主体工程完工后，须对各沉降观测点进行连续观测。
4.3 钻孔检测
钻孔探摸按横断面布置钻孔，钻孔断面的间距取100～300m，每断面2～3个钻孔，钻孔位置由于工程监理确定。钻孔选用旋转冲击钻，直接穿过抛石体打进持力层，并不少于2m，可以直观地反映出抛石体的落底深度。钻孔取土样并做室内土工试验以判明各土层的物理力学指标。
5 验收标准
1）置换淤泥的空间范围应以护岸设计断面为准，且符合下列要求：填石底面标高允许偏差为0～-1.0m，填石底面范围允许偏差0～2.0m。
2）地填石置换层底面和下卧地基层设计顶面之间的混合层平均厚度不应大于1.5m。
3）爆炸挤淤填石后，不允许有整体成层的淤泥质粘土层的存在，如局部存在砂土层，标准贯入击N应大于或等于15击（VII度地震）。
6 结论
1）通过对护岸石堤爆前爆后的检测数据分析，断面计算的结果与设计断面要求基本相符。在石堤的各个施工段设定了沉降观测点，以长期观测数据看，最大2.5cm，最小0.5m，完全达到设计要求和预期目的。
2）实践证明，本工程采用“卸压爆炸堆石挤淤法”能更有效地实现护岸堤的落底和堤身的安全稳定，爆破采用延迟爆破，降低了爆破振动的危害效应，技术更安全环保。
参考文献：
[1] 中科院力学研究所.爆破法处理水下软基新技术成果简介[R].北京：中科院力学所，1988.
[2] J TJ 286－90，水运工程爆破技术规范[S].
[3] JTJ/T258-98，爆炸法处理水下地基和基础技术规程[S].
[4] GB6722－2003，爆破安全规程[S].
论文作者:欧作敬
论文发表刊物:《基层建设》2018年第4期
论文发表时间:2018/5/23
标签：淤泥论文; 护岸论文; 工程论文; 药包论文; 钻孔论文; 距离论文; 断面论文; 《基层建设》2018年第4期论文;