爆破挤淤法处理深厚软基的典型试验研究

金伟，何维维

（1.深圳海勤工程管理有限公司，广东 深圳 518068；2.中交第三航务工程勘察设计院有限公司，上海 200032）

抛石爆破挤淤技术是我国常用的一项地基处理技术，经过20多年的发展，已经广泛应用于水工围堰工程和海堤的建设[1-3]。对于复杂地质条件的深层软基，在抛石爆破挤淤施工过程中，对分段药量的控制及爆破设计参数的取用等存在一定的难度，堤身的落底宽度也较难控制，而且目前并无可靠的理论指导依据，设计者主要依赖于经验和相似工程案例进行设计[4]。本文通过漳州招商局经济技术开发区人工岛B标外护岸工程设计实例，结合典型试验成果，对护岸抛石爆破挤淤深层软基处理技术的爆炸参数进行不断的调整和优化，以实现深层淤泥置换及控制堤身落底宽度的要求。

1 工程概况

漳州人工岛B标工程位于招商局漳州开发区南太武高尔夫球场东侧大磐湾中的大磐浅滩海域填海造陆区域。人工岛处在无掩护的敞开海域，作为人工岛四周的外护岸首当其冲地会遭受到波浪的袭击。它不仅是人工岛的一部分，而且在人工岛形成的过程中它将起到重要的保障作用，因此，外护岸的设计是人工岛设计的核心工程之一。由于本工程的外护岸结构形式为抛石斜坡堤，根据堤段位置和淤泥厚度分别采用抛石自重挤淤和抛石爆破挤淤，外护岸爆破挤淤施工范围为13号、28号堤段，如图1所示。

根据现场实际施工条件及施工组织安排，试验段施工安排在28号堤约58 m范围为典型施工段。试验段爆破挤淤表层普遍分布厚12.0 m的淤泥层，地面标高在2.57～3.15 m之间，抛石体下卧层主要为粉质黏土层，可作为较好的持力层。爆破挤淤试验段断面结构见图2。

从地质条件以及结构形式来分析，该工程主要有以下的施工难点：1）13号围堤外护岸所在区域软土层起伏较大，淤泥厚度从5～22 m变化，对分段药量的控制及爆破设计参数的取用等较难，且淤泥层厚度分布不均匀，埋藏较深，在爆破挤淤施工过程中，堤身的落底宽度难以控制；2）28号围堤外护岸堤身落底深度平均为12.0 m，但落底宽度较宽（大于50 m），因此侧向挤出淤泥路径较长，淤泥挤出的难度增大。应选择合适的爆炸参数有效解决此问题；3）28号堤淤泥厚度比较均匀，待试验成果确定后，如何合理应用至13号堤软土厚度起伏大的爆破施工中，还需进行深入研究。

2 爆破挤淤原理及施工参数的计算

爆破挤淤填石法基本原理是：通过爆破的办法清除海底的淤泥，实现淤泥和石料的置换。通过爆炸冲击作用降低淤泥结构性强度，同时利用抛石体本身的自重使爆前处于平衡状态的抛石体向强度降低处的淤泥内滑移，达到泥、石置换的目的。

本工程采取了“控制加载爆炸挤淤置换法”，通过理论计算先确定爆炸施工参数，主要施工参数分为抛填参数和爆炸参数（药量、布药位置、埋深等）[5]。通过典型施工试验对爆炸参数的适用性进行验证。

2.1 抛填参数

试验段堤顶抛填高程为+4.5 m，断面顶宽41.5 m，具体抛填参数见表1。

2.2 爆炸参数

爆炸参数根据式 （1） ～ （7） 确定。

表1 抛填参数设计表

式中：B为堤顶抛填宽度，41.5 m；cu为淤泥的不排水剪强度，取10.2 kPa；γs为淤泥的重度，取15.96 kN/m3；γ为抛填石料的平均重度，取18.0 kN/m3；h为抛石体在泥面以上的高度，典型断面取3.8 m；D为需置换处理的淤泥总厚度，取12.0 m；b为单炮进尺，本工程5～7 m，按最大7 m计算；t为淤泥厚度，12.0 m；M1为堤头正面布设药包个数；M2为堤身侧面布设药包个数；Bm为淤泥表面处的堤身宽度，取49.0 m；K1为堤头下沉量系数，0.2～0.6，取0.25；K2为药量系数，0.2～0.4，取0.36；K3为药包作用范围系数，8～12，取10；K4为经验系数，0.4～0.8，取0.4；K5为经验系数，1.0～1.5，取1.2；0.062Q1/3值为球形药包的半径；淤泥包标高按0计算；公式（6）、（7）中INT为取整函数。计算得出：

自重挤淤深度D0=1.04 m；

估计堤头爆破下沉平均高度D1=2.74 m；

单药包重量Q=19 kg；

堤头爆填药包的间距a=2.31 m；实际取2.5 m；

堤头爆填布设药包个数M=22个（M1=16个；M2=6个），实际取20个。

由此顺序计算的爆破参数如表2所示。

表2 爆炸参数设计表

现场试验爆破参数：试验段根据原淤泥层厚度12.0 m，设计单炮药量为19 kg×20=380 kg，经现场爆前空机试插探摸后淤泥层厚度为11.5～13 m左右，主要为靠回填区域侧淤泥较深，靠外侧较浅，从而将单炮药量调整为25 kg×10+19 kg×10=440 kg，爆破循环进尺为7 m，爆前堤顶高程为+7.5 m。典型试验段共进行了8次爆破（见表3）。

表3 典型试验过程中各项爆破参数统计表

3 质量检测

本试验段以钻孔检测为主要手段，以体积平衡法为辅助手段对爆破效果进行检测。

3.1 钻孔检测法

钻孔检测法结果直观可靠，在试验段K0+8.5断面布置钻孔3个，孔位在堤轴线及内、外侧，钻孔取样结果揭示抛石体落底土层基本符合该断面落底设计要求，但局部位置（如27号（L）钻孔）存在持力层实际高程与设计高程差异较大、泥石混合层偏大以及爆后两侧反开挖石方量较大的问题，钻孔检测结果见表4。

3.2 体积平衡法

施工过程中质量控制的重要方法，在试验段施工期间采用统计车数，估算试验段范围内的实际抛石量，再与设计图纸理论方量进行比较，利用体积平衡原理分析、预测爆破挤淤效果。经统计分析，实际抛填方量大于设计图断面方量，实际抛填体积为设计堤身体积的116.7%，断面形成应比较完整，见表5。

表4 钻孔检测结果统计表

表5 体积平衡石方量统计表

试验段设计方量为37 674 m3，而实际抛填方量为43 974 m3，因此通过体积平衡分析可以初步判定抛石体落底深度达到并超过设计要求。由于试验段在实际施工过程中断面陆域回填侧30～35 m范围淤泥底标高比原设计深3m左右，加上爆破完成后外侧平台存在较多超高需要挖出部分，扣除两部分的方量其爆填方量与原设计方量基本可以持平。

4 爆破参数优化设计

根据典型试验段施工及检测效果分析，爆破设计所采用的参数基本合理，爆破方法可行，能满足施工图纸设计要求。爆破后的围堤基础没有产生较大的沉降量，能满足工程质量要求。但是由于外护岸13号堤地质较为复杂，根据28号堤典型试验结果（见表1、表3），将13号堤分成如下4段，针对4个断面对应不同的淤泥层厚度，选择合适的爆炸参数，为后续施工的顺利进行提供了依据，见表6。

13号堤经上述爆破参数计算确定后，经现场实际施工和检测，实施效果如表7所示。

表6 人工岛B标护岸13号堤爆破参数优化设计

表7 人工岛B标护岸13号堤钻孔检测结果统计表

上述检测结果基本达到设计要求。另爆破堤形成后，在后方陆域回填施工中，现场对抛石堤进行沉降和侧向位移观测，实测变形值均在规范允许范围内，堤身处于稳定状态。

5 结语

通过上述典型试验论证，漳州人工岛B标外护岸地质条件复杂，软土厚度起伏大，采用爆破抛石挤淤法填筑护岸，爆破参数的确定是一大难题。本文采用了“控制加载爆炸挤淤置换法”的计算方法，针对堤身不同的地质条件进行分段，先选取了一个淤泥厚度12 m的典型断面开展典型施工试验，并经现场实际工后检测，确认了所用参数的可行性，然后通过理论计算和研究，推广应用至其它不同淤泥厚度13～22 m的堤段，分段确定了合适的爆破参数。

该方法保证了护岸在复杂地质条件下爆破挤淤施工过程中堤身的落底宽度与深度，使其满足设计要求，并解决了堤身完整形成问题，有效地减少了理坡工程量，是爆破挤淤法处理深厚软基技术在护岸设计和施工工程中的成功应用。

[1]JTS204—2008，水运工程爆破技术规范[S].

[2]张志峰.爆破排淤填石法在厦门高崎闽台渔轮避风港东堤工程中的应用[J].中国港湾建设，2003（3）：39-42.

[3]王勇.台山某护岸工程施工方案优化[J].中国港湾建设，2010（5）：61-65.

[4] 王健.爆炸挤淤防波堤、护岸堤身失稳形式[J].水运工程，2012（6）：53-56.

[5] 江礼茂.控制加载爆炸挤淤置换法：中国专利，CN 03119314.5[P].2004-03-13.