深厚淤泥爆破挤淤软基处理技术水.pdf

第2 8 卷第2 期 爆破 V 0 1 ．2 8N o ．2 2 0 1 1 年6 月B L A S T I N G J u n ．2 0 1 1 D O I 1 0 ．3 9 6 3 ／j ．i s s n ．1 0 0 1 - 4 8 7 X ．2 0 11 ．0 2 ．0 2 6 深厚淤泥爆破挤淤软基处理技术水 徐学勇1 , 2 ，武金贵3 ，程康3 1 ．中国水电顾问集团华东勘测设计研究院，杭州3 1 0 0 1 4 ； 2 ．中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，武汉4 3 0 0 7 1 ； 3 ．武汉理工大学土木工程与建筑学院，武汉4 3 0 0 7 0 摘要 深厚淤泥爆破挤淤处理技术与浅层淤泥处理技术有很大差异。传统设计思想认为加大药量可以取 得满意的挤淤效果，但大药量的爆破带来的安全隐患也因此增加，因此有必要进行物性试验和现场爆破试 验，对爆破参数进行优化设计。结合具体工程实例，介绍了深厚淤泥爆破挤淤作用机理、参数优化选取、爆破 作业安全和挤淤处理效果。爆破处理效果检测表明抛石层落底标高与落底宽度均达到设计要求，取得了满 意的爆破挤淤处理效果。可以为类似工程提供借鉴。 关键词深厚淤泥；爆破挤淤；作用机理；爆破参数；优化 中图分类号T U 4 7 2文献标识码A 文章编号1 0 0 1 4 8 7 X f 2 0 1 1 0 2 0 0 9 3 0 3 T r e a t m e n tT e c h n o l o g yo fT h i c kS i l tF o u n d a t i o n b yB l a s t i n gC o m p a c t i o n X UX u e - y o n 9 1 ”，W UJ i n - g u i 3 ，C H E N GK a n 9 3 1 ．H y d r oC h i n aH u a d o n gE n g i n e e r i n gC o r p o r a t i o n ，H a n g z h o u3 1 0 0 1 4 ，C h i n a ； 2 ．S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fG e o m e c h a n i e sa n dG e o t e c h n i c a lE n g i n e e r i n g ，I n s t i t u t eo f R o c ka n dS o i lM e c h a n i c s ，C h i n e s eA c a d e m yo fS c i e n c e s ，W u h a n4 3 0 0 7 1 ，C h i n a ；3 ．S c h o o lo f C i v i lE n g i n e e r i n ga n dA r c h i t e c t u r e ，W u h a nU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，W u h a n4 3 0 0 7 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h et r e a t m e n tt e c h n o l o g yo fd i s p l a c e m e n tt h i c ks i l tb yb l a s t i n gc o m p a c t i o ni sd i f f e r e n to ft h o s ef o r s h a l l o ws i l t ．T h et r a d i t i o n a ld e s i g nt h o u g h tu s i n gl a r g ee x p l o s i v ea m o u n tm a yo b t a i ns a t i s f i e dc o m p a c t i o ne f f e c to f t h i c ks i l t ．B u tt h el a r g ee x p l o s i v ea m o u n tw i l la l s oc a u s eb i g g e rp o t e n t i a ls a f e t yh a z a r d ．I ti sn e c e s s a r yt oo b t a i nt h e o p t i m i z e dd e s i g no fb l a s tp a r a m e t e r sa c c o r d i n gt ot h ef e a t u r e so ft 1 1 i c ks i l ta n dt h ef i e l db l a s t i n gt e s t ．T h ea c t i o n m e c h a n i s m ，t h eb l a s tp a r a m e t e r ss e l e c t i o n ，t h eb l a s ts a f e t ya n dt h ec o m p a c t i o ne f f e c ta 弛i n t r o d u c e dt I I r o u g ha ne n g i - n e c r i n ge x a m p l e ．T h er e s l l l mi n d i c a t et h a tt h es a t i s f i e db l a s tc o m p a c t i o ne f f e c ti so b t a i n e d ，w h i c hm ed e p t l la n dv o l r i m eo fs c a t t e r i n g f i l l i n gs t o n es a t i s f yt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t sa n dm a ys e r v ea sar e f e r e n c ef o rs i m i l a rp r o j e c t s ． K e yw o r d s t h i c ks i l t ；b l a s t i n gc o m p a c t i o n ；a c t i o nm e c h a n i s m ；b l a s tp a r a m e t e r s ；o p t i m i z a t i o n 爆破挤淤是一种利用炸药爆炸产生冲击能量处 理软基的新技术，自2 0 世纪8 0 年代以来在我国的 收稿日期2 0 1 0 一0 4 一0 9 作者简介徐学勇 1 9 8 0 一 ，男，博士，主要从事岩土力学和工程爆 破方面的研究， E m a i l x x y _ c a s 1 2 6 ．C O I T I 。 基金项目中国科学院岩土力学与工程国家重点实验室开放课题资 助 Z 0 1 0 9 0 3 许多海湾港1 3 工程中得到成功的应用，如江苏连云 港西大堤软基处理、珠海发电厂防波堤工程、深圳盐 田港围堰工程等。 国家交通部爆炸法处理水下软基及基础技术 规程 J 1 I J ／他5 8 q 8 中建议“爆破挤淤法适用于 4 1 2m 厚度的淤泥质土”⋯，但在当前工程实践 中，海上防波堤工程中爆破挤淤置换淤泥最大厚度 万方数据 爆破2 0 1 1 年6 月 已达2 0m ，围堰及护岸工程中置换的淤泥厚度已超 过3 0m ，并有越来越深的趋势。工程实践表明，随 着爆破挤淤深度的增加，深厚淤泥爆破挤淤与浅层 淤泥爆破挤淤存在较大差异 1 深厚淤泥爆破挤 淤随着装药深度的增加，需要采用大型吊机加振动 装药器配合进行装药施工，才能使药包达到合理的 埋深； 2 深厚淤泥爆破挤淤需要多次爆破作业后， 才能使先前抛填堤头完全达到设计落底，一般抛填 堤头推进3 0 ～4 0m 后才能达到落底要求。 规程中建议炸药单耗一般在0 ．4 5 0 ．6 0 ∥c 岔 左右来进行爆破挤淤装药参数设计，但随着淤泥深 度增加，按照此单耗设计所需要的单段药量和总药 量就会大大增加，炸药量的增加一方面会给施工区 域附近建筑设施带来极大的安全隐患，另一方面工 程造价也因此而大大增加。因此，需要针对深厚淤 泥软基的特征，进行必要的物性试验和现场爆破试 验，对目前的规程中建议的装药参数进行优化，结合 工程实例介绍深厚淤泥爆破挤淤软基处理施工工 艺，旨在为类似工程提供借鉴。 1 深厚淤泥爆破挤淤作用机理 深厚淤泥爆破挤淤是在抛填堤头“泥一石”交界 面前方1 2m 距离、深度在0 ．4 0 ．6 倍的淤泥层 厚度处布设群药包，炸药爆炸将淤泥挤向四周并压 缩成坑，在爆炸超压、振动与冲击等荷载耦合作用 下，上覆抛石体定向滑至爆坑。淤泥固结不排水动、 静三轴试验结果表明，淤泥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Ⅳ、固结围压盯。以及轴向动应力A o “ ，的增加 而增大，而不排水抗剪强度S 。却随之下降。爆破挤 淤时，淤泥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扰动，使其结构强度大 大降低，造成深层淤泥沿轴线方向定向滑移的条件。 爆后再次抛填，随抛填自重荷载的增加，当被爆炸应 力波扰动的深层淤泥内的剪应力超过其抗剪强度 时，抛石体沿滑移线朝轴线方向定向滑移下沉，实现 泥石置换‘2 - 33 。 后续堤头药包爆破的多次振动作用将加速堤身 下沉落底，爆破振动效应使抛填石相对移动，堤身密 实度增加，减小堤身后期沉降量。经过多次这样的 振动，可将抛石体下面的淤泥挤出，使堤身充分落 底，达到爆破挤淤软基处理的要求。根据爆炸参数、 淤泥厚度及淤泥特性的不同，这种“抛填一定向滑移 下沉”过程将出现多次，直到抛石体接近下部持力 层为止。深厚淤泥爆破挤淤施工工艺如图1 所示。 单炮进尺 图1 爆破挤淤施工工艺图 单位m 2工程实例 2 ．1 工程概况 惠州港兴盛油库护岸工程位于大亚湾泽华石化 仓储码头工程东侧，护岸工程全长3 0 0m ，其中2 0 0m 拟采取爆破挤淤法对其淤泥质软基实施处理，护岸 采用斜坡式抛石堤的结构型式，护岸顶标高4 ．5m ， 顶宽8m ，外侧坡比l 1 ．5 ，内侧坡比l 1 ，护岸外侧 堤心石平台宽约6m ，堤身落底宽度约2 5m ，挤淤置 换深度为1 8 ～2 1m ，属于典型的深厚淤泥软基处理 工程。惠州港兴盛油库护岸工程平面布置图见 图2 ，断面结构如图3 所示。 图2 惠州港兴盛油库护岸工程平面布置图 单位m 图3 典型结构断面图 单位m 爆破挤淤前，在拟建护岸区域的淤泥层内取样 进行室内物性试验，得出试样的物理力学指标，如表 1 所示。。 万方数据 第2 8 卷第2 期徐学勇，武金贵，程康深厚淤泥爆破挤淤软基处理技术 9 5 表1 淤泥的物理力学指标 名称／ k 慧1 鬻勰e 崎黠N 数c ／监k P a 自o ／ o 淤泥 1 5 ．3 7 4 ．7 2 ．0 51 ．44 ．02 ．0 2 ．2 工程难点 1 拟置换处理的淤泥厚度约为1 8 ～2 1m ，属 深厚淤泥软基的处理范围，常规的爆炸排淤填石法 难以达到良好的处理效果，故需采用更为合理的施 工工艺。 2 淤泥泥面高、水流速度较小，堤身下置换出 的淤泥在堤身两侧易形成淤泥鼓包，难以被海流和 波浪冲走，使堆积的淤泥厚度增大，加之护岸离海岸 线较近，增加了爆破作业难度。 3 爆破作业区距离旁边的石化仓储码头和油 罐区较近，需要采取更为可靠的爆破振动效应控制 措施，以确保仓储码头和油罐区的安全。 2 ．3 爆破参数优化设计 2 ．3 ．1 爆破参数计算 施工初期，按照传统的爆破挤淤施工方法，需要 较大的装药量才能保证堤头的落底效果，由于装药 量的增大，不仅增加了爆破作业的成本，而且无法控 制好对石化仓储码头和油罐区的振动效应，容易造 成重大安全隐患。 根据爆破作业的难点和工程初期所出现的问 题，结合深厚淤泥软基的特征，进行了多次现场爆破 试验，参照强度相似理论的设计思想，对爆破参数进 行优化设计，优化后爆破作用参数计算步骤如 下[ 4 l 1 堤身自重挤淤深度D o [ 2 耵 C 。 2 7 ，D 0 4 C 。 y ，D o D o ／B 2 7 s D 3 0 ／ 3 8 2 ] ／3 h 仇 1 2 堤头爆破下沉平均高度D 。 D 。 K 1 D D o 2 3 单响药量Q Q 恐6 研 3 4 药包的间距口 口 1 ．4 K 3 0 ．0 6 2 Q V 3 4 5 药包的个数肘 M M l 鸩 M l i n t [ 墨 B B 。 ／a ] l 5 M 2 2i n t [ K s b ／a ] 式中C 。为淤泥的不排水剪强度，k P a ；B 为堤顶抛 填宽度，m ；7 ．为淤泥的重度，k N ／m 3 ；y 为抛填石料 的平均重度，k N ／m 3 ；h 为抛石体在泥面以上的高 度，m ；D 为需要挤淤置换总深度，m ；b 为单炮进尺， m ；M 。为堤头正面布设药包个数，个；M 2 为堤头侧 面布设药包个数，个；曰。为淤泥表面处的堤身宽度， m ；K 为下沉量系数，取0 ．2 ～0 ．6 ；K 2 为药量系数， 取O ．2 0 ．4 ；墨为药包作用范围系数，取8 ～1 2 ； 墨为经验系数，取0 ．4 0 ．8 ；K 5 为经验系数，取 1 ．0 1 ．5 。 采用上述参数计算方法，结合本工程实际，进行 必要的室内物性试验和现场小规模爆破试验，对爆 破作用参数进行多次修正和优化，优化前后的爆破 参数如表2 、表3 所示。 表2 优化前的爆破参数 耋鬟要／m 茎纂箨薷罨褥。g 慧1 堤头3 0 31 08 1 03 7 ．53 0 0 3 7 50 ．2 1 便4 向3 0 3 1 0 8 ～1 03 5 ．03 5 00 ．1 9 2 ．3 ．2 爆破网路 爆破区域距离石化仓储码头和油罐较近，需采 取可靠的爆破地震效应控制措施，确保仓储码头和 油罐区的安全。爆破作业时采用分段微差爆破，每 2 组药包分为一段，最大单段药量控制在7 5k g ，分 段差不小于2 0 0I I l s ，药包起爆体用导爆索制作呤j 。 见图4 。 图4 爆破网路图 2 ．4 应用效果分析 2 ．4 ．1 爆破安全 根据爆破安全规程 G B 6 7 2 2 - - 2 0 0 3 中地震 效应控制安全标准∞】，评价工程爆破对不同类型建 构 筑物的振动效应，应结合工程实际，采用不同 的安全判据和控制标准，本工程要求允许安全振速 小于1 ．0c m ／s 作为控制指标。 下转第1 0 4 页 万方数据 1 0 4爆破 2 0 1 1 年6 月 上接第9 5 页 爆破振动速度y 一般按萨道夫斯基公式估算 V K f 迈1 4c m ／s 6 、R ／ ， 式中R 距爆破点的距离，m ；Q 为最大单响药量，k g ； K 、a 为与爆区的地质、地形条件和爆破方式等有关 的参数。爆破作业时，在石化仓储码头和油罐区域 布设了多台地震效应监测仪器，测试数据显示，最大 振速为0 ．4 2c m ／s 。按照优化后的爆破参数进行施 工作业，爆破地震效应完全可以控制在安全限度以 内，没有对石化码头和油罐区域的正常运转造成振 动危害一J 。 2 ．4 ．2 挤淤效果检测 该护岸工程抛填与爆炸处理施工共耗时6 0 个施 工日，护岸工程完工后按照规范要求，工程质量验收 采取了2 种检测方法体积平衡法和钻孔检测法。体 积平衡法通过统计上堤方量和设计断面方量，每段抛 填量均达到设计方量的9 5 ％以上，完全满足堤身落 底置换淤泥的要求。钻孑L 检测法直观可靠，每2 0 0m 布置1 个钻孔检测断面，每个断面设1 2 个钻孔，混 合层厚度不能超过2 ．5m ，钻孔检测结果见表4 ，测试 结果表明，抛石层落底标高与落底宽度均达到设计要 求，抛石层底界面与持力层之间衔接良好，堤心部分 未发现明显夹泥层，堤身落底达到设计规范要求，说 明优化后的爆破作用参数正确合理旧圳。 表4 钻孔检测结果 3 结语 规程中建议的爆破挤淤作业时炸药单耗为 0 ．4 5 ～0 ．6 0g ／c m 3 ，而实际工程中采用单耗 0 ．2g ／c m 3 左右就可以满足堤头落底要求，说明深厚 淤泥的爆破挤淤施工工艺与浅层淤泥爆破挤淤有很 大差异，需要在现有的施工条件下，结合具体工程实 际，进行必要的室内物性试验和现场小规模爆破试 验，对爆破作用参数进行多次修正和优化，选取更为 合理的作业参数，兼顾工程质量和工程安全2 个要 素，最终取得满意的爆破挤淤效果。 参考文献 R e f e r e n c e s [ 1 ]中华人民公共和国交通部．J T J ／T 2 5 8 - - 9 8 爆炸法处理 水下地基和基础技术规程[ S ] ．北京人民交通出版 社，1 9 9 9 ． 许连坡．填石排淤中的爆炸作用[ J ] ．爆炸与冲击， 1 9 9 2 ，1 2 1 5 4 石1 ． Z H E N GZ h e - m i n ，Y A N GZ h e n - s h e n ，J I N “a o ．U n d e r w a - t e re x p l o s i o nt r e a t m e n to fm a r i n es o f tf o u n d a t i o n [ J ] ．C h i n aO c e a nE n g i n e e r i n g ，1 9 9 1 ，5 2 2 2 0 - 2 2 6 ． 赵简英，王健，吴京平．控制加载爆炸挤淤置换法在 工程中应用[ J ] ．岩土力学，2 0 0 6 ，2 7 2 3 3 2 - 3 3 5 ． 吴建星，梅甫定．水下爆破挤淤法处理软基技术[ J ] ．武 汉科技大学学报自然科学版，2 0 0 7 ，3 0 5 5 4 5 - 5 4 6 ． 冶金工业部安全技术研究所．G B 6 7 2 2 2 0 0 3 爆破安 全规程[ s ] ．北京中国标准出版社，2 0 0 4 ． 徐学勇，汪稔，孟庆山．深厚淤泥爆破挤淤震动效应 测试与控制技术[ J ] ．岩土力学，2 0 0 8 ，2 9 1 2 3 2 5 6 ． 3 2 6 0 ． 李翼棋，马素贞．爆炸动力学[ M ] ．北京科学出版社， 1 9 9 2 ． 张雪亮，黄树棠．爆破地震效应[ M ] ．北京地震出版 社，1 9 9 1 ． 1 J 1 J 1 J 1 j 1 J 1 J 1 J 1 j 心 口 H b № 口 随 吟 万方数据