爆破挤淤法在头门港海堤工程中的应用

鲍海涛

(浙江头门港投资开发有限公司，浙江 台州 317015)

海堤地基处理是工程建设的关键环节，实施的效果直接影响工后沉降及运行效果。因此，抓工程基础处理成为抓施工进度和质量的重点。台州港临海港区头门作业区一期工程海堤(以下简称：头门港海堤)地基处理采用爆破挤淤法，由于地基泥层厚，断面宽，淤泥厚度最大为32.9 m，部分断面淤泥厚度在18.6～19.9 m之间，其余段落淤泥厚度较薄，都在14 m以内，如何确保深厚淤泥的置换成为本工程的最大难点。

1 工程概况

头门港海堤工程位于浙东头门岛西南端，包括头门岛南山嘴头和面长山之间岸线以及头门岛南山嘴头、面长山、龙珠岛和头门岛所围部分陆域，概算投资约8 亿元。其中，海堤工程是陆域形成边界的组成部分，总长1 087.5 m，采用抛石斜坡堤的结构型式，堤身采用开山石，外坡护面采用扭王字块，护面层下设置块石垫层，坡底棱体为抛填块石。工程等级为Ⅱ级，按透水堤设计，堤顶道路宽6 m，挡浪墙高程为11.5～12 m，潮位和波浪重现期标准为50年一遇，围堤允许越浪量≤0.05 m3/(s·m)。勘察深度范围内揭露的土层为第四系松散堆积层及角砾凝灰岩及其风化层。地基土属软弱土，场地类别为Ⅳ类。

2 抛填控制分析

头门港海堤地基处理采用爆炸挤淤置换法，堤身爆炸挤淤采取“堤头爆填→两侧(外侧)爆填”的施工工序，抛填做到“堤身先宽后窄，石料外大内细”。[1-2]

2.1 抛填参数控制

抛填参数控制是爆破挤淤达到设计断面要求的关键因素，爆破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，并尽可能的防止超出设计断面，因此抛填高度、宽度、进尺等参数的控制尤为关键。根据本工程设计断面形状，在爆炸处理软基施工[3]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性到位，而爆后补抛时堤身缩窄以控制方量，尽量减少理拋高质量。抛填中大块石尽量抛在堤身外侧，以利防浪冲刷。

2.2 抛填高度控制

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[4]。设计原理是：在方便堤面施工、施工期高潮位时堤顶不过水、爆后堤顶不超高的前提下，抛填高度尽量高，以最大限度达到挤淤效果，本工程爆后回填高度按+7.8 m控制。

2.3 抛填宽度控制

在深厚淤泥中平台的形成必须在堤头爆炸时一次到位，通过侧爆向两侧拉出平台的作用是有限的，因此在堤头爆填时严格控制抛填的宽度，抛填宽度的计算取决于以下几个因素：断面总的宽度，抛填高度，你面高程等参数，同时需要兼顾抛填车辆通行。根据现场测量数据，抛填宽度按以下公式计算：

L=L0-K1H1-A

式中：L—抛填宽度,m;L0—平台宽度或落底宽度,m;

H1—泥面以上拋石体高度,m;

K1—泥面以上拋石体坡比;

A—修正值。

本工程中取值为：K1=0.8～1.0，A=0～2。

2.4 抛填进尺控制

工程采用“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。[5]海堤填筑时根据设计要求及现场地质情况，填筑从K0+000(即木杓岛)开始往K1+087.5(即面长山)方向单向延伸，堤头K0+000—KO+035及堤根K1+035—K1+087.5地段采用抛填挤淤的方法进行(见图1)，堤身段K0+035—K1+035采用爆破挤淤法处理，填筑料采用就近料场开山石石料。抛填进尺控制在每炮次4～7 m，在2-2断面(见表1)处按4 m进尺控制，其余断面进尺按6～7 m控制。

2.5 翼宽(两侧翅膀的宽度)控制

在深厚淤泥的置换时，一次爆破做不到落底的目的，需要多次爆破振动才能完成置换，为确保两侧平台落底，需确保充足的石料。淤泥深的地方，两侧翅膀的宽度应控制在两个进尺的范围；在淤泥浅的地方，两侧翅膀的宽度将适当减少。

图1 堤头抛填方式示意图

3 爆破控制分析

爆破挤淤爆破参数是根据《水运工程爆破技术规范》设计，线药量按公式[6]计算：

QL=q0×LH×Hmw,Hmw=Hm+(WW/Wm)Hw，

式中：QL—线布药量， kg/m；

q0—炸药单耗(爆除单位体积淤泥耗药量)，kg/m3；

LH—一次推填的循环进尺， m；

Hmw—计入覆盖水深的折算淤泥厚度， m；

Hm—置换淤泥厚度(含淤泥包高度)，m；

WW—水重度， kN/m3；

Wm—淤泥重度,kN/m3；

Hw—覆盖水深， m。

表1 头门港海堤各断面置换淤泥深度表

影响爆破挤淤单位体积淤泥耗药量系数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。q0的确定需要综合考虑各种爆破效果的可能因素，本工程q0取值范围取0.8～0.14之间。

控制测量放样完成后，进行原涂面扫海测量，在确定海底面无其他障碍物后，开始进行堤心石填筑及爆破挤淤处理软基基础在抛填达到爆破设计值后，再装药爆破，窄堤推进时，在堤头和两侧同时布药爆炸，起爆采用网络法起爆，爆后补抛并继续向前推进，当进尺达到要求后，再次布药爆炸，在窄堤推进到一定长度后，再进行侧向抛填爆破，侧向爆破内外两侧同时进行，“抛填—爆炸—抛填”循环进行，直到石体置换深厚淤泥层设计高度直到设计堤长。工程爆破时，两侧侧爆均于堤头爆破一起进行，具体做法如下：

第一炮进尺36 m，处理桩号为K0+000—K0+036。首先在正前方布置堤头爆破的药包(见图2)，然后在两侧各布2个(共4个药包)，作为该段的第一侧爆，堤头药包与侧爆药包串联后一起起爆；第二炮进尺6 m，处理桩号为K0+036—K0+042。首先在正前方布置堤头爆破的药包，然后在两侧各布4个(共8个药包)，其中4个作为该段的第一侧爆，另外4个布置在K0+030—K0+036段的两侧，作为该段的第二侧爆，堤头药包与侧爆药包串联后一起起爆；第三炮进尺6 m，处理桩号为K0+042—K0+048。首先在正前方布置堤头爆破的药包，然后在两侧各布4个(共8个)，其中4个作为该段的第一侧爆，另外4个布置在K0+036—K0+042段的两侧，作为该段的第二侧爆，堤头药包与侧爆药包串联后一起起爆；以后就以此类推进行爆破作业。共计完成爆破挤淤处理开山石填筑约145 万m3。

图2 布药示意图

3.1 一般断面爆破挤淤处理

(1)4-4断面，淤泥置换深度约18.6 m,置换厚度在18.6～19.9 m之间的断面(见表1)，前沿布药18个30 kg，药包间距3 m，两侧各4个30 kg，药包间距3 m，埋深-12.15 m，堤头爆破共12炮，一次起爆药量780 kg。

(2)11-11断面，淤泥置换深度约13.1 m(置换厚度小于14 m的断面(见表1))，单位断面淤泥量约为729 m3，进尺7 m，每炮挤淤量约5 103 m3，前沿布药18个20 kg，药包间距3 m，两侧各4个20 kg，药包间距3 m，埋深-7.65 m，堤头爆破共12炮，一次起爆药量520 kg。

3.2 最大难度断面爆破挤淤处理

最大难度2-2断面，淤泥置换厚度约32.9 m[7](见表1)，这段处理长度达72 m左右，超过设计要求的低于60 m。经分析研究，为确保爆破挤淤质量效果，我们采取减少单炮进尺措施，在前沿布药20个60 kg，药包间距4 m，两侧各3个60 kg，药包间距3 m，埋深-21.17 m，堤头爆破工19炮(最后一炮为2-2断面向3-3断面的过渡)，一次起爆药量1 560 kg(因总要量大，为控制爆破振动对周边建筑物的影响，采用分段起爆方式，分为3～4段起爆)。

4 沉降检测数据分析

工程施工期沉降监测点沿海堤轴线的监测断面间距为100 m,典型施工段取50 m，(见图3)，在标高9.00 m(理论最低潮面标高)处布设。[8]海堤通过爆破挤淤法处理软基[9]，在施工过程中堤身未发生滑移、崩塌现象。施工监测期间，海堤日沉降速率为-2.0～4.8 mm/d，累计沉降量25～218 mm之间，日沉降速率在较小的范围内,监测数据(见表2)。

图3 头门港海堤沉降监测平面布置图

断面里程号累计沉降量/mm内侧3.5 m,轴线,外侧3.5 m断面里程号累计沉降量/mm内侧3.5 m,轴线,外侧3.5 m1-1K0+0506392698-8K0+7501451621802-2K0+1501091161239-9K0+8502091841923-3K0+2509615516510-10K0+9507982704-4K0+35010212210511-11K0+10503525345-5K0+45012113614412-12K0+90055631046-6K0+55014617521813-13K0+10003442297-7K0+650130118144

5 经验总结

经福建岩土工程勘察研究院运用钻孔探测与探地雷达物探方法，对头门港海堤爆破挤淤区场地爆破挤淤拋石落底标高、厚度及泥石混合层(淤泥混碎石)厚度进行检测，结果表明爆破挤淤质量满足要求。根据本工程爆破挤淤法的成功应用及建设实践，关键取决于充足的石料、淤泥的出路、足够的能量这三个因素，尤其是淤泥置换深度达到32.9 m的超深淤泥段的施工中，采取减少单炮进尺和增加线药量等措施，同时根据施工的实际情况及时总结及修正爆破参数，既能达到工程置换淤泥的预期目标。目前头门港海堤工程整体沉降稳定,运行效果良好。