水下爆破技术在加固湿陷性黄土地基中的应用(1).pdf

第 “ 卷第 期 年 月 爆破 “-A;BC ’D E’AF;-FA，G,- /31/， 9;-； 2;’ - HB,IC 8F;BFB, J-A;B,B， 2;’ - 1， 9;-） 7.5-,.5 K;-F;K ’D ,-LMB NAB;-I D’ ;-D’FL NA ;- ’AA A’;A ;-B’L,FL -L -O CAL 5 LA;I- -L ;PKP-BB;’- ’D B NAB;-I ;-B’L,FL B’,I -I;-;-I KFB;F ;4 6/537,-LMB N ABAA；’AA A’;A 引言 研究加固湿陷性黄土地基的方法对于促进国民 经济发展和提高人们生活质量具有很大的实际意 义。 在国外， 许多新建工程和已建工程将水压爆破 技术应用于加固湿陷性黄土地基， 对防止地基进水 湿陷和制止地基湿陷的发展， 取得了一定的成效。 基本原理 在工程实践中， 许多地基加固采用预浸水法。 但是预浸水法只能消除深层湿陷性黄土的自重湿陷 性， 上部 / R P 的土层由于自重压力小， 其外荷湿 收稿日期 . . “ 作者简介 杨昌斌 （“11 . ） ， 男； 武汉 中国地质大学硕士研 究生 陷性并不能完全消除， 常需要结合其他方法 （如土垫 层等） 来消除浅层土的外荷湿陷性， 水下爆破法可解 决这一缺点。水下爆破既可与预浸水法结合用于处 理大厚度自重湿陷性黄土地基， 也可用于处理饱和 黄土地基。其主要优点是施工不受季节的影响， 并 可缩短工期， 不需要用压路机、 打桩机等设备， 施工 简单， 可以减少浅层土处理的工作量。 水介质对冲击波的影响 爆破瞬间， 在爆炸点附近形成强大的冲击波， 使 得周围介质被压缩， 而压缩的程度取决于冲击波的 一些参数， 这些参数在很大程度上又取决于介质的 压缩性质， 这一相互制约关系决定了爆炸时冲击波 对周围介质作用的复杂性。 由于水的可压缩性小， 传递压力均匀， 冲击波在 水中随距离衰减慢， 当距离相同时， 冲击波的衰减比 值可认为是常数， 因此可以把水作为垫层考虑。水 介质将爆炸时产生的爆炸应力均匀地传递到要加固 万方数据 的土层上。如果炸药包悬挂在基坑内的水层中， 下 部水层即起着垫层作用， 保证了爆炸对土的均匀冲 击， 而上部水层 （又称覆盖层） 则类似一般炸药孔内 的上部填充物， 起着阻断和消除爆炸能量向上扩散 的作用。 “土介质等对冲击波强度的影响 土介质的性质一般不均匀。各部分的压缩性不 同， 爆炸冲击波在土中不同位置处产生的加固效果 也不同。研究表明， 被加固土的性质在很大程度上 取决于土的饱和度， 在密实的低压缩性土中， 土的饱 和度越大， 作用到土骨架上的荷载越大。在一般不 太密实的粘性土中， 荷载基本是由孔隙水所承担。 因此， 饱和土的加固程度实际上将取决于土骨架的 压缩性 ［］ 。 冲击波作用在土上的冲击力强度与炸药包埋设 深度有关。当药包直接暴露在大气中时， 爆炸效果 大大降低。爆炸能量最有效的输出是在上面有覆盖 层的条件下， 它可以保证爆炸时形成的气体空腔在 介质内形成， 因此， 药包上的覆盖层是保证爆破效果 的重要条件。 ［］ 综上所述， 决定水下爆破法加固土效果的主要 因素有 待加固土的饱和度、 炸药包上部水层的高 度、 炸药包位在坑底以上的高度、 药包药量、 布置方 式、 安全距离等。 水下爆破法的施工 水下爆破法根据炸药包设置方式， 分为固定式 爆破和悬挂式爆破， 如图 。 ） 固定式 ） 悬挂式 图 水下爆破炸药包设置方式 乳化炸药包； 支撑杆； 电导线； ’定线桩； 浮子； 定位金属丝； *细绳 “固定式爆破 在基坑开挖到预定深度后， 向坑中浸水使土层 饱和； 将水疏干并设置炸药包， 即将乳化炸药包绑扎 在用长 “ , “- . 木料或钢筋制作的支承杆上， 插入土中， 上端露出坑底以上 “ , “’ .， 各药包 用电导火线相连； 再向坑中注水， 然后爆破； 排除基 坑内的水， 检查加密土的质量； 地基整平； 对表面松 动土层用小型夯实机夯实。 “悬挂式爆破 先在基坑开挖到预定深度后， 向坑中浸水使土 层饱和； 将水疏干并设置炸药包， 将乳化炸药包和电 导火线相连， 再将其用线绳与定位铁丝网络相连， 电 导火线的长度要与定位铁丝的长度适应， 将药包悬 挂在定位铁丝网格上； 然后浸水， 利用浮子将炸药包 悬吊在水中， 悬吊炸药包的线绳应保证在坑内充水 后药包与坑底的距离符合设计要求； 然后爆破， 排除 基坑内的水， 检查加密土的质量； 地基整平； 对表面 松动土层用小型夯实机夯实。 “工程试验实例 （）实例一 某工程在 . / . 场地上对 湿陷性黄土地进行预浸水法处理后， 土的自重湿陷 量达 .， 但是表层土没有得到充分加固， 仍具有一 定湿陷性， 因而决定采用水下爆破法加固浅层黄土。 为了给设计提供可靠的依据和保证爆破器材网 路准爆以及施工顺利进行， 进行了一系列现场试验。 试验在三个试坑中进行， 坑的平面尺寸为 “ . / “ .， 爆破前坑内又重新浸水 0。药包悬挂在 . / . 的金属网格上， 距试坑底的高度为 “ .， 药包上的水深在三个试坑中分别为 “、 “ 和 “ .。 试验结果表明 土的加固效果与土层浸湿深度 有较大关系； 加固土的效果随药包上水层厚度的增 大而有明显提高； 加固后表层 . 以内的土层在 1“ 2 34.压力下的湿陷性已完全消除。 （）实例二 某取水结构物湿陷性黄土地基的 基坑尺寸为 *“ . / “ .， 对地基进行了较长时 间浸水， 爆破前一天将水疏干， 测得上部土的饱和度 为 *5 , -5。在试坑中距坑底 . 高度处设置 了间隔尺寸为 . / . 的钢筋网格， 网格交叉点处 都绑上 “- 67重的炸药包， 炸药包共 - 个， 炸药 总重 ’’ 67。试坑充水后， 水垫层厚 .， 覆盖层厚 “* , “ .。 爆破结果如下 坑底湿陷量为 , 4.， 并在 试坑周围形成湿陷裂缝。测得坑底下 ’“ . 处深 标点的湿陷量为 “- ..， 证明土层爆破松动厚度 超过 ’“ .。室内试验结果表明， 上部 . 厚黄土 层的湿陷性已完全消除， 在 ’“* 2 34.压力下湿陷 爆破 年 月 万方数据 系数为 “ “。爆破后土的孔隙率减少到 ’ 。 为了确定最经济的炸药包布置方案和每包炸药 的合适重量， 在同一场地上又进行了另一试验。试 坑尺寸为 * , 。第二次浸水则仅使上部黄 土层的饱和度在爆破前达到所需的饱和度， 即 - .。试坑分为 段， 炸药包的布置网格及药包 重量见表 -。 表 - 药包布置与湿陷关系 网格尺寸 / , 药包重量 /01 单位面积耗 药量/01 2 水垫层厚度 / 覆盖层厚 / 湿陷量 / - , --“-“““.-. “. , “.“3-““-“’ “** , “**““*“’ 图 深标点与分层湿陷量的关系 爆炸后对坑底的量测结果表明， 湿陷量在第 段最大， 为 ’ ； 第 段为 ； 第 - 段为 -. 。设置在试坑中心处的深标点与测出土的 分层湿陷量的关系见图 。 上述试验结果表明 ［-］ 当药包网格间距为 “3 - 时， 最经济的炸药消耗量为 - -“ 01/ ； 药 包上覆盖层厚度应超过水垫层厚度， 而不小于 - ； -“* “ 以上的黄土已完全消除了 -“. -’“ 4 /5压力下的湿陷性； 水下爆破结果将在土层中 形成微层理， 但这对土的强度没有很大影响。 讨论 并非所有的湿陷性黄土地基加固都可采用 水下爆破技术， 该技术受现场施工条件限制比较大， 在正式施工前必须做试验， 以取得爆破施工时各个 参数。如果试验参数不准， 将会增加施工的风险， 这 样就延误了工期。 “水下爆破技术施工在爆破前， 基坑的二次注 水一定要保证药包上覆盖水层的厚度不小于 - ， 从坑基注水到引爆的时间不应超过 6。 炸药引爆要求各药包同时起爆， 爆炸作业必 须严格按有关安全操作规程及规定进行。 参考文献 ［-］ 岩土工程手册 ［7］ 8 北京 中国建筑工业出版社， -’’8 ［］ 钱鸿缙 8 湿陷性黄土地基 ［7］ 8 北京 中国建筑工业出 版社， -’3*8 ［］ 张翠兵， 王中黔 8 抛石基床的水下爆夯密实方法 ［9］ 8 爆破， （） ’ 2 ’8 第 -’ 卷第 期杨昌斌等水下爆破技术在加固湿陷性黄土地基中的应用 万方数据