深厚淤泥层应用爆破排淤填石法修筑护岸堤

吴浩

（惠州深能港务有限公司）

摘要：工程地质条件及潮汐特征，在深厚淤泥层(37m)应用爆破排淤技术修筑护岸堤。依据工程实践，提出水下爆破药量的计算参数，分析爆破对周边环境影响，并对水下爆破排淤处理软基的机理作粗浅探讨其中爆破排淤填石法是爆炸法处理水下地基的一种，工作原理为排除淤泥质软土换填成块石，以达到改善地基和基础的目的。其中爆破排淤填石法是爆炸法处理水下地基的一种，工作原理为排除淤泥质软土换填成块石，以达到改善地基和基础的目的。爆破排淤填石是在淤泥质软基中埋放药包，利用在起爆瞬间淤泥形成了一定的空腔，周围的抛石体随即坍塌充填至空腔，达到置换淤泥的目的。该法可广泛的应用于抛石置换水下淤泥质软基的护岸、防波堤、围堰、驳岸、滑道、围堤等工程。

关键词:爆破排淤处理软基;爆破排淤单位体积淤泥耗药量;爆破安全;护岸堤

一、工程地质条件及潮汐特征

护岸堤所处地貌单元主体为滨海滩涂，部分为海域，海面高程－1.5～－4.5m。海面以下主要发育的地层如下:①淤泥:呈软塑～流塑，饱和状态，厚25～30m;②淤泥质土Ⅰ:呈软塑、饱和状态，厚0～4m;③粉质粘土Ⅰ:呈湿、可塑状态，厚0～5m;④泥质中粗砂:呈饱和、松散状态，含20%～30%的泥质，厚0～3m;⑤淤泥质土Ⅱ:呈饱和状态，厚0～7m;⑥花岗岩残积砾质粘性土:呈硬塑、稍湿状态，厚0～3m;⑦全风化花岗岩:岩芯呈土状，原岩结构基本破坏，裂隙极发育，厚0～1m;⑧强风化花岗岩:中粗粒花岗结构尚清晰，长石多数已风化，裂隙发育，岩芯呈砂砾状或碎块状，厚4～19m，局部厚度较厚。

根据本海域潮位实测资料统计，厂址附近海域的最高潮位为3.61m(1956年国家高程，下同)，平均高潮位为2.51m，平均海平面为0.07m，平均低潮位为－2.43m，最低潮位为－3.33m。

二、爆炸挤淤扰动机理分析

1．爆炸载荷冲击作用

爆炸瞬间，与炸药接触的泥砂受到超压、冲击波荷载直接作用，产生强烈的物化变化。根据泥砂软基等物质固结不排水动、静三轴试验结果表明，软基试样在受到不排水周期荷载作用下，将产生超静孔隙水压力，其大小随着周期、固结围压以及轴向动应力的增加而增大，而不排水抗剪强度却随之下降。爆破时，泥砂层内部可以视为处于瞬时不排水状态，强大的爆炸冲击力将深层淤泥和夹砂层扰动，使其结构强度大大降低，造成深层泥砂沿轴线方向定向滑移的条件。

另外，淤泥有种强度触动性，灵敏度高达4~5m，且其渗透性很差，一般剪切强度很低，主要靠抗压强度来承载[5]。对于砂层，据同济大学土木学院有关研究分析，在低围压下密砂表现为剪胀性，而在高围压下有可能表现为剪缩性，所以在强扰动下，粉细砂层将被破坏失稳[6]。

2．应力与振动效应

炸药在水下淤泥介质爆炸时，瞬间释放巨大的能量，会在周围物质中产生很强的应力与振动效应，对周围一定范围内介质产生很强的扰动。根据有关研究，泥砂体的屈服应力与扰动度密切相关。对高灵敏度的软基而言，当受扰动时，屈服应力、抗剪强度、静力触探锥尖阻力和压缩模量都会下降，且扰动强度越大，下降速度越快。

三、施工质量检测

采用钻探法，物探法，体积平衡法对爆炸挤淤法处理软基进行质量检测。

1．钻孔法观察堤身落底状况

工程钻孔检测堤身横断面16个，钻孔44个，其中东护岸（横断面14个，钻孔36个）护岸平均填石厚度18.07~24.72m；西、南护岸（横断面2个，钻孔8个）护岸平均填石厚度17.90~24.2m，落底良好。

2．物探检测在填堤施工过程中委托中国有色金属工业西安勘察设计研究院进行地质雷达检测1次，检测堤身横断面11个，纵断面1个，测点35点，度和置换范围满足设计要求。

3．体积平衡法判断落底情况

护岸堤心设计断面填方总量150万方，实际填方总量161万方，基本平衡。

四、护岸堤基稳定观测

(1)基础沉降观测:2005年5月至2006年4月，基础沉降观测点的累计沉降量在18～20mm之间，观测初期平均月沉降量在2～3mm之间，2006年平均月沉降量在1～2mm之间。沉降时间观测曲线平稳，基础沉降量很小。

(2)基础位移观测:截止2006年4月1日，护岸堤基础位移观测点基础位移量较小，横向(平行护岸堤轴线方向)位移量在0～19.9mm之间，纵向(垂直护岸堤轴线方向)位移量在0.3～16.9mm之间。从观测资料看，位移主要发生在护岸堤基础上部，从位移时间曲线分析看，护岸堤基础较稳定。

五、爆破震动测试

1测试仪器

测试仪器选用TDEC拓普数字设备有限公司生产的UBOX20016便携式数采仪,该仪器配三向震动速度传感器,分别为垂直方向、水平径向和水平切向,传感器在使用前均已进行相关工程标定。

2测点布置

测试点主要布设在LPG码头、储气罐区及中心控制室附近,测点具体位置需根据爆破施工中心点和保护对象进行调整,速度传感器用速凝石膏粉固定在水泥地面或者地基梁上。

3测试结果

在护岸爆破挤淤施工过程中,总共获得了106组测试数据,部分测试数据。从表中可以看出,测点三个方向的震动速度峰值比较接近,垂直方向震动速度一般略大于其他两个方向震动速度,当最大段药量为30kg～120kg,与爆破中心距离为158m～863m时,测点处震动速度范围为0.092cm/s～0.924cm/s。

六、爆破对周边环境影响

1、爆破安全爆破作业时主要考虑以下两方面安全:

(1)爆破过程中水中冲击波、淤泥与碎石的抛掷对来往船只、水下工作人员与施工人员的安全。根据技术规程，水中冲击波安全距离为1500m。因此，爆破时，在距爆破点1500m范围水面之内布置警戒船，禁止船只往来。

(2)爆破震动安全。根据爆破震动控制相关规定，一般房屋、非抗震建筑物的安全震动速度为2～3cm/s。现场沿岸最近民房距离爆破点为1000m，房屋结构强度差，根据技术规程，取安全震动速度1cm/s。

七、地基处理方案比选

1．挖泥换填方案

挖泥换填方案，挖泥边坡为1：5，淤泥余下厚度通过计算不厚于2.5m。

2．爆破排淤填石方案

首先，根据设计图纸和相关的土工计算以确定防波堤堤身抛填高度；然后根据抛填高度结合设计图纸以确定堤身抛填宽度；根据堤身抛填高度堤身抛填宽度，按地质情况确定要到达设计断面尚需挤除的淤泥厚度，以此确定爆炸的相关参数；而后进行方案的实施：抛填、堤头布设群药包、引爆群药包、堤身下沉以实现挤淤置换；重复进行抛填或补抛及爆炸，直到设计堤身断面形成。

护岸的堤心通过多次爆破形成，在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1m。

3．结构方案比选

工程的地质其上至下为淤泥、细砂以及岩层，两方案的处理后整体稳定性都满足规范要求，其主要比较的在于工程造价及其它指标。

八、施工方法

1．爆破排淤填石方案

2．具体施工顺序如下：

（1）测量放线：根据坐标控制点进行施工的放样，设立好施工的水准点以及辅助的基线，放样后应设立明显的标志，以便下一步的施工工序的进行。

（2）护岸堤身抛填：应严格按确定的抛填宽度和高度进行护岸堤身抛填。

（3）护岸堤头爆填：在护岸堤身抛填达到设计进尺6~8m后，进行堤头的爆填，根据前期施工组织设计所要求的数量、重量制作布设药包群，实施爆破。

（4）循环抛填：堤头爆填后，按施工组织设计所要求的抛填高度和宽度继续向前推进，当堤头达到新的设计进尺后，再次按要求的数量、重量制作布设药包群，并实施爆炸。按以上所述的抛填-爆炸-抛填进行循环施工作业，直至达到设计护岸的堤长。

（5）侧向爆填：当堤身长达到50~100m后进行堤身两侧爆炸处理，完整形成堤身内外侧水下平台，挤出堤底可能残留的淤泥。

（6）坡脚爆夯：侧向爆填后，进行堤内外两侧坡脚的处理，在坡脚水下平台的块石表面进行制作布设药包群，并实施爆炸，对坡脚平台实施了爆夯。

（7）方案的检测验收：可根据《爆炸法处理水下地基和基础技术规程》的相关要求采用体积平衡法、物探法及钻孔探摸法对护岸的堤身进行检测验收。

九、结论

深厚淤泥的爆破挤淤施工，需要加大装药量才能保证良好的挤淤效果，与此同时，保证爆破区域周围建筑设施的安全也不可忽视。本文通过对实际工程爆破震动效应的测试和分析，以及对其震动效应控制技术的试验研究，得出如下结论：

（1）震动测试结果拟合得到的质点震动速度随距离衰减规律与规范提供的经验公式基本相同，实测震动速度控制在规范要求的安全限度以内，石化码头和油罐区运转正常。

（2）控制单段最大起爆药量是控制好震动效应的根本所在，深厚淤泥爆破挤淤药量参数的选取需要结合现场试爆进行优化设计。（3）合理的微差时间对于大药量的爆破工程非常关键。试验表明，本工程按照大于200ms的微差时间进行控制取得了良好的减震效果，在相同装药量的情况下，可以减震20%～30%。（4）适当改变爆源与保护建筑物的相对方位，可以减弱爆破震动效应，深厚淤泥爆破挤淤时，药包中心连线方向的最大震速比垂直于中心连线方向的最大震速低15%～25%。

参考文献

[1]JTS167-4-2012，港口工程桩基规范[S].2013

[2]JTS152-2012，水运工程钢结构设计规范[S].2014

[3]JTS16751-2011，水运工程混凝土结构设计规范[S].2012

[4]徐志栓.关于构件吊耳板设计的探讨，水运工程，2012.

[5]万进，杨刚军.关于耳板式吊耳设计校核的探讨[J].石油化工建设，2010.