爆破挤淤法在台州二电厂围堤工程中的应用
2015-02-20邓敏
邓 敏
(葛洲坝集团第二工程有限公司，湖北 宜昌，443002)
爆破挤淤法在台州二电厂围堤工程中的应用
邓 敏
(葛洲坝集团第二工程有限公司，湖北 宜昌，443002)
爆破挤淤技术是挤淤置换法的一种，近年来得到了迅速的发展，在我国已经成功推广。本文介绍该项技术在台州二电厂围堤工程地基处理中的应用，取得了成果的经验。
软基 爆破挤淤工艺 效果监测 台州二电厂
1 工程概况
台州二电厂围堤工程位于台州市三门湾，围堤厂址自然地形为临海滩涂，围堤部位一般涂面标高-1.50m左右，围堤全长2000m，呈“L”形布置，采用爆破挤淤对其软基进行处理。围堤采用斜坡式抛石堤形式，堤顶标高7m～9m，顶宽8m，外侧坡比1∶1.8，内侧坡比1∶1.5，堤身落底宽度约为48m，堤身落底标高约为-15m，淤泥置换厚度15m～24m。围堤典型断面如图1所示。
图1 爆破挤淤典型施工断面示意
2 爆破挤淤原理
首先在抛填好的堤头前方一定位置的淤泥内埋置药包，药包爆炸将淤泥向四周挤出并向上抛掷形成爆坑，堤头抛石体在爆炸空腔负压和重力作用下定向滑移落入爆坑并形成石舌，深层淤泥因爆破扰动而使其抗剪强度大为降低，爆后再次抛填时，随着抛填石料自重荷载的增加，当被爆炸而受到强扰动的深层淤泥内的剪应力超过其抗剪强度时，抛石体沿着滑移线方向定向滑移下沉、落底，后续堤头药包爆破的多次震动作用将加速堤身下沉落底，爆破震动效应使抛填石相对移动，堤身密实度增加，堤身后期沉降量减小，经过多次这样的震动，可将抛石体下面的淤泥挤出，使堤身充分落底。深厚淤泥爆破挤淤施工工艺见图2所示。
图2 爆破挤淤施工工艺示意
3 抛填及爆破参数的选取
根据本工程围堤结构形式及淤泥层较厚的特点，进行抛填和爆破参数的设计和选取。
3.1 抛填参数
抛填参数设计是爆炸挤淤达到设计断面要求的关键因素，爆炸挤淤一方面强调爆炸载荷的作用，同时要保证在挤淤时有充足的石料，并尽可能地防止超出设计断面，因此对抛填高程、宽度、进尺等参数的控制尤其关键。根据本工程设计断面形状，在爆炸处理软基施工时，抛填采用“堤身先宽后窄”的方法，使得爆后水下平台宽度一次到位，而爆后补抛时堤身缩窄以控制方量，尽量减少理坡工作量，加快总工程进度。抛填中大块石尽量抛在堤身外侧，以利防浪冲刷。
根据本工程设计断面形状(见表1)，确定抛填参数(见表2)。
表1 围堤设计主要参数
表2 围堤抛填参数设计
3.2 抛填高程及抛填宽度控制
根据土工计算原理和堤身设计高度，经过理论分析计算，确定堤身抛填高度。设计原则是：方便堤面施工，高潮位堤顶不过水，爆后堤顶不超高，同时考虑减少平台上多余石方量。综合各方面因素，确定爆前抛填高程为+4.0m，爆后补抛高程为+3.5m。
保证平台的宽度和厚度是本工程施工成功的关键因素之一，在堤头爆填时要严格控制抛填的宽度。抛填宽度的确定取决于以下几个因素：断面宽度，落底宽度，堤顶高程，泥面高程等。泥面高程包括挤出的淤泥包，淤泥包的高低对抛填宽度的影响至关重要，同时它本身也受风浪、潮流等因素制约，是个不确定的条件，现场施工时应随时测量它的变化，并根据其变化对抛填宽度进行相应的调整。综合考虑设计断面大小、形状、淤泥厚度、淤泥性质以及原泥面标高等因素，设计抛填参数。
3.3 爆破参数
本工程采用陆上改装的长臂挖掘机装药，药包直径为20cm～25cm。爆填参数设计根据《爆炸法处理水下地基和基础技术规程》中药量计算公式，单药重按下式计算。
药量计算应满足下列要求：
(1)线药量计算
qL=qOLHHmw
式中：qL——线布药量(kg/m)，即单位布药长度上分布的药量；
qO——炸药单耗(kg/m3)，即爆除单位体积淤泥所需的药量；
LH——爆破排淤填石一次推进的水平距离(m)，本工程为7m；
Hmw——计入覆盖水深的折算淤泥厚度(m)；
Hm——置换淤泥厚度(m)，本工程为4m～18m；
γw——水重度(kN/m3)；
γm——淤泥重度(kN/m3)；
Hw——覆盖水深(m)，即泥面以上的水深。
(2)一次爆破排淤填石药量计算：
Q=qLLL
式中：Q——一次爆破排淤填石药量(kg)；
qL——线布药量(kg/m)；
LL——爆破排淤填石的一次布药线长度(m)。
(3)单孔药量公式：
Q1=Q/m
m=LL/(a+1)
式中：Q1——单孔药量(kg)；
Q——一次爆破排淤填石药量(kg)；
m——一次布药孔数；
LL——爆破排淤填石的一次布药线长度(m)，本工程堤身落底宽48m。
影响爆炸挤淤单位体积淤泥的耗药量系数q0的因素很多，包括淤泥的物理力学指标、淤泥深度、石料块度情况、覆盖水深、炸药种类等等。q0的确定需要综合考虑各种影响爆破效果的可能因素，爆炸参数的设计与选择，要结合工程本身实际地质条件、施工条件和工程要求以及成功的施工经验进行适当调整。
本工程淤泥含水量39.5%～58.8%，C，Φ值不高，主要考虑到下卧层为淤泥质粘土的软弱介质层，炸药单耗值取0.10kg/m3。根据试验段质量检验情况做调整。
(1)堤头爆破参数
根据经验公式Ql=q0·Ls·Hm，本工程淤泥深度在5m～15m之间，一次起爆药量也应根据淤泥深度进行调整，通过爆破试验，堤头装药的一般设计参数见表3所示。
表3 药量及布药参数
(2)侧爆填爆炸参数
根据淤泥厚度的变化，可分三种情况选择侧爆填的爆炸参数，淤泥厚度分为：Hm<5.0m。5.0m
表4 侧爆填爆炸参数与单炮药量
4 质量控制与检测手段
本工程中采用以下几种常规手段对爆炸挤淤进行质量控制和检测：①体积平衡检验；②沉降位移观测法；③探地雷达法；④钻孔探摸法；⑤沉降位移观测。其中，①、②属于施工过程中的质量控制，③、④、⑤属于工后检测。爆破挤淤施工质量控制及检测程序如图3。
5 爆破挤淤的效果评价
施工结束后在围堤10个段面30个孔位进行了钻孔检测。检测钻孔要求揭示抛石体厚度、混合层厚度和下部持力层的特性，所有钻孔结果显示，抛石体均落到设计要求的持力层上。抛石分布较为均匀、连续，颗粒级配较为合理，处于稍密状态。各钻孔抛石落底，达到了设计要求。
图3 爆破挤淤施工质量控制及检测程序
混合层的厚度在0.6m～1.0m，泥石混合层厚度均小于设计厚度1.5m，说明爆破达到理想效果。
用探地雷达法进行物探检测，也证明抛石体厚度和混合层厚度达到设计要求。围堤横断面探测结果显示，抛石底边宽度及围堤腰宽达到设计要求。
6 结语
总体来说，通过爆破挤淤法进行堤下软弱层处理，保证堤头及堤脚堤心石落到设计要求的持力层上，减小堤身的沉降量，有利于堤身的稳定及上部结构的质量。另外，将抛填护底块石、坡脚平台通过侧爆和爆夯处理，保证坡脚基础的稳定，避免堤身滑动，有利于保证护面块体安装的质量。
通过工后在围堤上设置的40个沉降点观测结果分析，工后堤身沉降范围在10mm～20mm之间，后续观测沉降量逐渐变小，且趋于平稳。利用爆破挤淤法处理后，围堤完全符合设计要求，围堤的稳定性、安全性较好。
邓 敏(1974.12-)，工程师，本科学历，研究方向为建筑工程。
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2095-1809(2015)02-0021-03
