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2 0 爆破器 材 E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第3 6 卷第3 期 爆破密实饱和粉细砂基的参数选取及分析 翟国锋杨智旭黄魁王宏建 解放军理工大学工程兵工程学院 江苏南京，2 1 0 0 0 7 [ 摘要] 运用间隔装药爆破密实饱和粉细砂基，提高饱和粉细砂基的承载能力，是一种快速、有效的地基加固施 工方法。选取适合工程实际的线装药量和其他爆破参数是爆破密实砂基的重要内容。文章通过试验，结合沉降观测 和静力触探结果，对间隔装药密实深层砂基的效果进行了检验，确定了在吹抛填饱和粉细砂基中进行爆破密实的 基本参数，即最佳处理深度、装药线密度、单孔药量 含底部药量 、孔间距和孔内装药间隔距离、装药部位、起爆方 式、爆破次数等。并指出，改进爆破参数和工艺、控制爆破能量对克服爆破密实不均匀、提高爆破密实效果有重要意 义。 [ 关键词] 饱和砂基爆破参数 [ 分类号] T D 2 3 5 ．4 1 引盲 利用间隔装药爆破密实饱和粉细砂基自上世纪 7 0 年代以来巳在工程实践中得到应用，有关这方面 的研究已取得了许多研究成果。本文通过试验研究， 探讨了间隔装药爆破密实吹抛填饱和粉细砂基的参 数设计，并提出了改进意见。 2 场地布置 试验场地为向近岸浅层海水中吹抛填粉细砂形 成的原状饱和粉细砂基。粒径小于o ．0 0 5m m 的颗 粒含量不超过5 ％，大于0 ．0 7 5m m 的颗粒超过 8 5 ％以上。 场地所在范围内天然泥面标高在一1 3 ．3 ～一 2 2 ．9 m ，平均为一1 6 ．6 m 。 场地局部区域存在灰黄色淤泥层，含水量为 5 8 ．5 ％，承载力为6 0 k P a ，厚度为1 ．o ～2 ．o m ；大部 分区域表层为灰黄～灰色粉砂夹粉质粘土，含水量 为3 1 ．2 ％，承载力为8 0 k P a ，厚度为2 ．O ～9 ．2 m ；下 层为灰黄～灰色淤泥质粉质粘土，含水量为4 2 ．4 ％， 承载力为6 5 k P a ，厚度为2 ．o ～1 0 ．o m ；接着为1 ．8 ～ 1 7 ．8 m 厚的灰黄～灰色粉细砂，含水量为3 1 ．5 ％， 承载力为9 0 k P a ；再下为灰绿～灰黄色粉质粘土，含 水量为2 6 ．硪，承载力为1 8 0 ～1 9 0 k P a ，厚度为7 ．O m 左右，可作为良好持力层。 吹抛填饱和砂基达到设计标高后，经过一定时 间的沉降，已具有一定的承载能力，但还远没有达到 设计承载能力 承载力设计值为1 8 0 ～2 0 0 k P a 。砂 基呈饱和、疏松状态，其特点为结构松散，没有粘性， 局部欠均匀，含泥量较大。 场地内共选取6 块试验区，编号为1 4 ～6 。其 中，1 试验区为孔压测试试验区，2 ～4 试验区为 爆破密实试验区，5 社试验区为试爆试验区，6 试验 区为爆破漏斗试验区。场地大小均为1 0 m 1 0 m ，间 隔2 m 。 3 现场试验 3 ．1 试爆及参数初选 通过6 和5 试验区的试爆试验，确定有关参 数的初值。根据试爆结果调整试验参数，进一步确定 装药结构、装药量、孔网参数等主要参数。 孔径万1 1 0 m m ，孔深1 0 m ，钻孔时采用地质钻 和泥浆护壁。炸药为乳化炸药 规格为2 k g ／卷， 万9 0 m m ，Z 3 5 0 m m 。 装药结构采用间隔装药，底部为连续装药[ 1 ] 。 6 试验区爆破漏斗试验以地表不出现明显隆 起为准。由此确定，浅区 ≤6 m 装药线密度为o ．6 0 ～o ．7 5 k g ／m ，深区应增加至2 ～3 倍。破坏范围在4 ～8 m 。5 试验区装药结构如图1 。 J T 2 深1 2 m 争一 1 号孔 J T l 深1 2 m 2 号孔 图15 4 试验区装药结构 起爆后，1 号孔无隆起，无砂土飞散；2 号孔有少 量的飞散，周边7 ．4 ～8 ．4 m 范围有裂缝。 试验前和试验后7d 试验区中心、试验后2 1d 爆孔边的静探对比如表1 只为比贯入阻力 。 万方数据 2 0 0 7 年6 月爆破密实饱和粉细砂基的参数选取及分析翟国锋等 2 1 由此可以看出，砂基的密实较为明显，但不够均 匀，需要改进装药结构。据此，设计各试验区试验参 数 表2 和3 、4 试验区装药结构 图2 。 表2 各试验区试验参数 曩 3 。试验区4 。试验区 3 。试验区 4 试验区 药量1 4 k g 药量1 8 k g 药叠1 8 k g 药量2 0 k g 第一次爆炸 第二次爆炸 图23 4 和4 4 试验区装药结构 在3 和4 试验区试验过程中布置沉降观测点 即沉降标 ，对各测点的高程进行爆前、爆后1h 的 测量，以后每隔7 ～1 0 d 测量一次。孔位及测点布设 见图3 。 3 ．2 沉降观测 图3 装药孔、沉降测点、静探孔位置 3 、4 试验区各沉降观测点沉降板的高程变化 见表3 、表4 。 由试验结果并结合文献[ 2 ] ，可以得出 1 爆破引起的瞬时沉降十分显著，之后沉降不 明显； 2 自爆炸中心向外围沉降逐渐减小，呈现明显 的坡度； 3 第一次爆破引起的沉降较大，第二次爆破引 起的沉降较小。3 试验区一次沉降量占总沉降量的 6 2 ％，二次沉降量占总沉降量的3 8 ％；4 试验区一 次沉降量占总沉降量的7 6 ％，二次沉降量占总沉降 量的2 4 ％。 这说明，爆破引起的沉降与距离爆破中心的水 平位置及饱和砂土的密度有关。距离爆破中心越近， 沉降越大；砂土密度越小，沉降越大。砂土初始密度 相对较小，一次爆破后，砂土密实度增加，密度变大， 下，●●●，皿oo．oI-●●●●，。．1En■BU■譬U●I 驻葡．奎基 r_l善．oIIlI。J 缸龟．缸【缸 T●●●工T●●j 1 ●- 叶 go．_田0鼍．【lIIon．H 曩 H再H■■U嚣B瞳瞳 I ．●●L r●上J列w。『生玎a扛盯赳 万方数据 2 2 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s第3 6 卷第3 期 深试验一次爆后和试验前一次爆后和试验前二次爆后和试验前和一次爆后二次爆后和试验前和一次爆后 度前 J T l相比／％J T 2相比／％J T l相比／％ J T l 相比／％ J T 2相比／％ J T 2 相比／％ 万方数据 2 0 0 7 年6 月爆破密实饱和粉细砂基的参数选取及分析翟国锋等 二次爆破引起的沉降变小。随着爆破次数的增多，沉 降量将越来越小。爆破振动是引起砂体密实的主要 因素，通过量测处理后地表沉降量的大小，就可初步 估计出密实的效果，地表沉降量是砂土密实效果的 评价指标之一。 3 ．3 静力触探 为了检验爆破密实饱和砂基的效果，分别在 3 、4 试验区试验前、一次爆破密实后和二次爆破 密实后在试验区中心和爆孔边进行了静力触探检 测，见表5 、表6 表内为平均值 。 各试验区静力触探测试结果见表7 和表8 表 内均为平均值 。 表7 各试验区静探测试对比 J T l M P a 表8 各试验区静探测试对比 J T 2 M P a 4 结论及分析 由以上结果，结合有关文献，可以得到 1 砂体在爆破后得到明显加固。根据厂 4 0 o ．0 5 只 ／K [ 3 ] 换算，处理后的砂基只值达到6 ．5 M P a 就满足了承载力设计要求。两次爆炸处理后，7 ～1 2 m 深度范围内，3 试验区中心点．P ，值达7 ．0 2 M P a ，4 试验区中心点只值达6 ．5 1M P a 。满足承载 能力要求。因此，除浅区外，所选参数符合要求。 2 一次爆炸处理后的强度提高较二次爆炸明 显，这从表中的提高百分数可以看出。 3 循环起爆优于同时起爆“] 。即按一定的顺序 依次起爆装药孔，获得的密实效果优于装药孔同时 起爆。这是因为砂土颗粒在反复的爆破振动作用下 反复运动，最终到达稳定位置，更有效地利用了炸药 能量。 4 爆破次数一次爆破可使砂体密度平均提高 1 5 ％左右，要获得更高的密实度，可采用多次爆破。 但从施工和经济角度考虑，爆破次数不应过多，以2 ～3 次为宜。因为随着爆破次数增多，沉降量增加值 趋于减小，总沉降量将趋于稳定，并且爆破次数的增 多将可能破坏砂体的整体密实度，降低密实效果。 5 浅区地基的密实效果不够理想，也反映出爆 破密实不均匀的问题[ 5 ’6 ] 。可以利用间隔装药爆破密 实深层砂基，利用其他方法密实浅层砂基。在3 试 验区第二次密实后的o ～6m ，静力触探值反而有所 减小，可能是药包的局部破坏所致。 6 装药线密度g 取o ．7 5 ～o ．8 0 k g ／m 。底部药 量应随深度增加而增加 线装药量约为正常药量的 3 倍左右 。单孔药量取1 4 ～3 2 k g ，孔间距取4 ～5 m ， 孔内装药间隔距离取1 ．2 ～2 ．5 m 。 7 装药部位应置于加固深度的2 ／3 部位，这样 利于爆炸能量在孔内的均匀分布。 8 最佳处理深度8 ～2 0 m 。随着深度加大，钻孔 成本及装药难度增加，这是施工中必须考虑的因素。 9 爆破振动使得砂土的应力状态在瞬时发生 了变化，砂土的结构也发生了重大变化。这是爆破密 实饱和砂基的最主要原因。 爆炸前，饱和砂基颗粒处于相对稳定的位置。装 药爆炸时形成的爆破振动使砂土颗粒离开原来的稳 定位置而运动，并力图找到一个新的稳定位置，密实 的过程也就是砂土颗粒挤入孔隙的过程。控制起爆 时间，利用前后爆破振动波之间的叠加是提高密实 效果的重要因素，是一条可行的措施。 软基处理中最主要的是排出软基中的水，降低 砂土体的含水量。炸药爆炸瞬间，装药孔周围砂体受 到压缩，在砂土颗粒表面上形成集中的排水通道，使 其中的水排出。这取决于砂土的粒径和爆炸后形成 的有效排水通道的数量。因此，爆破密实的效果也与 吹抛填饱和粉细砂的前期施工相关，砂土颗粒必须 符合工程要求。 间隔装药爆破密实饱和砂基利用了砂土颗粒在 动力作用下的密实趋势从而提高砂体的承载能力。 这一点和传统的强夯法和振冲法是一致的。在工程 实践中，爆破密实效果不够均匀，爆破能量不易控制 是限制其大面积应用的主要原因。这需要从爆破参 数上进行深入研究，反复试验，特别是装药结构、药 量、间距等，并根据沉降和密实度测试情况随时调整 装药结构，以获取最佳密实效果。 参考文献 1 刘以刚，燕琳，李世海．爆炸加密饱和砂试验研究[ A ] ． 万方数据 2 4 爆破器材 E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第3 6 卷第3 期 1 具有高抗水性的炸药组成 日本专利J P2 0 0 03 2 7 4 7 3 ，2 0 0 0 ，1 1 ，2 8 ，共5 页 日文 这种炸药含有粒状硝酸铵、植物胶浆、燃料油和 交联剂。植物胶浆可以是刺槐豆胶和古尔胶，而交联 剂是高锰酸钾。植物胶浆和交联剂混合物的o ．2 ％ 质量计 溶液在2 0 ℃凝结后1h 的粘度为5 ～1 0 0 0 m P a s 。这种炸药甚至在水通过穿孔进入炸药时仍 具有高的抗水性和爆轰性能。 2 多孔粒状硝酸铵和乙醇或甲醇混合物的爆炸特 性值 K a y a k uG a k k a i s h i2 0 0 0 ，6 1 3 ，1 1 4 ～1 1 9 日 文 对多孔粒状硝酸铵和甲醇或乙醇的混合物的爆 炸特性值进行了实验研究。这类混合物的爆速超过 了铵油爆破剂，而它的感度与铵油爆破剂的感度属 于同一等级。 3 爆破炸药及其制造 中国发明专利申请公开说明书C N1 2 5 3 9 3 5 ， 2 0 0 0 ，5 ，2 4 ，共8 页 中文 这种爆破炸药的制造是由硝酸铵9 1 ．8 ％～ 9 3 ．O ％、复合蜡3 ．2 ％～3 ．8 ％、木粉3 ．5 ％～4 ．2 ％、 十八烷胺o ．1 ％～0 ．2 ％和硫酸铁铵[ N H ‘F e S 0 4 2 1 2 H 2 0 ] o ．1 0 ％～o ．2 5 ％混合制得。制造时将磨碎 的硝酸铵、硫酸铁铵和十八烷胺混合2 5 ～3 5 m i n ，再 与熔化的复合蜡混合8 ～1 5 m i n ，然后在室温下与木 粉混合1 0 ～1 5 m i n 。 4 膨化硝酸铵自敏化理论基础与实验研究 爆破器材2 0 0 0 ，2 9 4 ，1 ～8 中文 为一篇附有2 0 篇参考文献的评述文，是关于膨 化硝酸铵的自敏化理论和实验。 5L R H A 型乳化炸药中用的复合剂 爆破器材2 0 0 0 ，2 9 4 ，1 2 ～1 7 中文 L R H A 型乳化炸药中使用的一种复合剂，是由 一种新型R H P 一1 聚合物乳化荆与一种复合蜡混合 后制出。使用这种复合剂后，乳化炸药的贮存期可大 于1 年，制造过程可以简化，并且降低了混合强度。 6 抗水矿用炸药的制造 波兰专利P L1 7 6 8 4 8 ，1 9 9 9 ，8 ，3 1 ，共4 页 波兰 文 是一种胶质炸药，其制造是将硝化甘油或硝化 乙二醇2 5 ～3 0 份弄口硝化纤维素O ．5 ～1 ．5 份进行混 合，同时加入粉碎的固体成分，如硝酸铵和／或碱金 属硝酸盐和碱金属氧化物，以及抗水混合物 由硫酸 钡和羧甲基纤维素组成 。这种炸药适用于含甲烷气 和煤尘的矿井和水淹矿井。 钟一鹏译自美国化学文摘 V 0 1 ．1 3 4 ，N o ．5 2 0 0 1 采米米米米采米粜米采米采米米米米米米米米米米米米米米采米粜米米米米米米米米米爿e { l 米来米米米米米米米 爆炸加密饱和松散介质的实验与理论研究[ C ] ．北京中 科院力学所，1 9 9 3 2 燕琳，李世海，刘以刚．爆炸引起饱和砂地面沉降的试 验研究[ J ] ．岩土工程学报，1 9 9 8 ，2 0 3 5 0 ～5 3 3J T J 2 5 0 一9 8 ．港口工程地基规范[ S ] 4 李进军，屈俊意，王自力．爆炸法加固饱和粉细砂地基的 试验研究[ J ] ．爆破器材，2 0 0 4 ，6 3 2 6 5 张志毅，杨年华，等．爆炸法处理深层软弱地基试验研究 [ J ] ．中国铁道科学，2 0 0 2 ，2 3 4 ；3 4 ～3 7 6C h a r l e sH ．D o w d i n g ，R o m a nD ．H r y c i w ．AL a b o r a t o r y S t u d yo fB l a s tD e n s i f i c a t i o no fS a t u r a t e dS a n d [ J ] ．J o u r n a Io fG e o t e c h n i c a lE n g i n e e r i n g ，1 9 8 6 ，1 1 2 2 1 8 7 ～1 9 9 P a r a m e t e rS e l e c t i o na n dA n a l y s i so fB l a s t i n gC o n s o l i d a t i n gS a t u r a t e dS a n dG r o u n d Z h a ig u o f e n g ，Y a n gZ h i x u ，H u a n gK u i ，W a n gH o n g j i a n E n g i n e e r i n gi n s t i t u t eo fe n g i n e e r i n gc o r p s ，P L AU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y J i a n g s uN a n j i n g ，2 1 0 0 0 7 [ A B s T R A c T ]I ti saf a s ta n de f f e c t i v ew a yt oc o n s o l i d a t es a t u r a t e dg r a n u l a rs a n df o u n d a t i o na n di m p r o v ei t s c a r r y i n g c a p a c i t yb yu s i n gs p a c i n g e x p l o s i v e ．C h o o s i n gs u i t a b l ep a r a m e t e r si si m p o r t a n tf o rc o n s 0 1 i d a t i n gs a n d g r o u n d ． C o m b i n e dw i t hs e d i m e n t a t i o no b s e r V a t i o na n ds t a t i ct o u c h ，t h ee f f e c to fc o n s o l i d a t i n gd e e ps a n dg r o u n db y s p a c i n gc h a r g ei s t e s t e d ．T h eb a s i cp a r a m e t e r sa r ed e t e r m i n e d ，s u c ha sb e s tc o n s o l i d a t i o nd e e p ，1 i n ed e n s i t yo f c h a r g e ，c h a r g eq u a n t i t yo fs i n g l ep o l e ，s p a c eb e t w e e na n dw i t h i nh o l e s ，c h a r g ep o s i t i o n ，t h em a n n e ra n dt h et i m e s o fb l a s t i n g ．I ti ss i g n i f i c a n tt oi m p r o v et h ee f f e c to fc o n s o l i d a t i o nt h r o u g ha d j u s t i n gp a r a m e t e r sa n dc o n t r o l l i n gt h e e n e r g yo fb l a s t i n g ． [ K E Yw O R D S ]s a t u r a t e ds a 婴dg r o u n d ，b l a s t i n gp a r a m e t e r 万方数据