控制加载爆填法处理深厚淤泥的工程应用.pdf

2 0 0 8 年1 0 月控制加载爆填法处理深厚淤泥的工程应用崔广强等 2 5 控制加载爆填法处理深厚淤泥的工程应用’ 崔广强林从谋 华侨大学土木工程学院 福建泉州，3 6 2 0 2 1 耿鹏 福建高能建设工程有限公司 福建福州，3 5 0 0 0 5 [ 摘要] 针对工程中深厚淤泥及工程地质条件较差的特点，采用储能药包控制加载爆填法进行软基处理，该方 法既能够达到减振的效果又可以确保深厚淤泥的完整置换。该文通过实际工程中技术问题的解决、施工工艺及爆 炸参数的确定，结合质量检测等方面说明了该方法可以应用于实际工程中。 [ 关键词] 控制加载爆炸挤淤深厚淤泥检测 [ 分类号] T V 5 4 2T E 5 4 l 引言 目前，爆炸处理软基技术具有许多方法，其中控 制加载爆炸挤淤法是国内最先进的技术方法之 一【1J 。控制加载爆炸挤淤法是强制置换法中的一 种，采用抛填石块 加静荷载 使堤身宽度一步到 位，控制爆炸 加动荷载 产生爆震使堤身震密多次 下沉，最终达到设计的深度。它是保证实现深厚淤 泥置换给堤侧坡脚水下宽平台完整形成的最有效的 方法，这一点将在本文中的工程应用中得到验证。 2 工程概况 2 ．1 地理位置及水文条件， 福建华电储运有限公司1 0 。、1 l ’泊位一期后方 陆域工程位于福建连江县坑园镇颜歧村，驳岸总长 约为4 3 3 ．2m ，其堤身下部结构为爆炸挤淤筑堤。 前沿驳岸设计宽度2 0m ，顶标高 7 ．0m ，底标 一3 4 ．4 一一3 5 ．2m 。由于弃方区边界不规则变化， 施工时结合地形变化适当调整断面形状，确保爆炸 挤淤底宽度大于3 0m 。 设计高水位2 ．7 3m ，设计低水位一3 ．3 4m ； 极端高水位4 ．6 4m ，极端低水位一4 ．3 7m 。 2 ．2 工程地质条件 经勘探和分析，拟建场地位于罗源湾东侧可门 港区，属滨海及浅海地貌单元，滩涂原始地面标高为 一2 ．7 3 - 4 ．8 6 m ，现原始地貌由于受可门火电厂炸 山填海和堆填挤淤作用，已经改变了原样，场地约 7 0 ％一8 0 ％的面积已成为填石陆域区，地面高程 一2 ．1 2 1 2 ．8 5m 。 场地地址情况分弃方覆盖区及非弃方取土区， 弃方区主要为石方、混有土和淤泥，弃方区厚度变化 不规则，弃方区下部为淤泥层，大部分厚度约5 1 5 E l l ，淤泥下为含泥角砾碎石、粘土等。非弃方区，顶 标高4 ．0 8 ．0m ，面层为淤泥，淤泥厚度约2 9 4 0 m 包括挤淤隆高的5 9 m 。地基土物理力学指标 如表1 所示。 3 总体方案设计 由于本工程软土层厚度达1 9 3 5 m ，具有易触 变性、高压缩性和易剪切滑动等不良特性，还具有透 水性差，固结时间长，抗滑稳定性差，地基承载力低 等特点。针对以上特点本工程采用“储能药包控制 加载爆填法”对上述淤泥软基进行处理，使处理深 度达到持力层，满足地基承载力的要求。爆填推进 如图1 所示。 3 ．1 储能药包设计口1 在爆炸挤淤过程中，当爆区距建 构 筑物较近 时，为减少爆破振动对建 构 筑物的影响，需要控 制振动速度在较低水平内，仅仅使用一般的微差爆 破技术。往往达不到要求。为此，参考陆上岩土工程 爆破中使用的炮孔空气装药，设计了储能药包。其 表1 地基土物理力学指标 。。 重度 承载力容许值压缩模量天然含水率 直接快剪 无侧限抗压强度／k P a ⋯ ／ k N m - ’ ／／k e n ／M P a／％ C x ／k P a 9 ‘／ 。原状吼重塑q ’．灵敏度J 。 淤泥 1 6 ．14 01 ．76 0 ．3 8 ．2 2 ．31 2 ．11 ．96 ．4 淤泥质土 1 7 ．56 0 2 ．74 2 ．31 8 ．05 ．23 3 ．91 0 ．83 ．7 粉质粘土 1 8 ．21 6 0 4 ．03 8 ．83 3 ．17 ．15 0 ．12 4 ．12 ．1 收稿日期2 0 0 8 - 0 3 1 8 基金项目福建省自然科学基金资助项目 2 0 0 6 J 0 4 4 5 ；建设部科技计划课题 0 6 ．K 1 - 2 2 。 万方数据 爆破器材E x p l o s i v eM a t e r i a l s 第3 7 卷第5 期 堤头爆静堤顶标高 后堤顶标高 ；≥■ 圆圆丽 固笔篓固二 二三 ≤嚣 图I 爆填推进不意图 作用机理在普通药包上部增设个密闭空气室，空 气容积为药包体积1 ／3 1 ／2 ，由于气室的存在，当 药包爆炸时，它在高温高压的作用下受到压缩，峰值 压力降低，随后与爆炸气体一起膨胀。因此减缓了 爆炸压力上升和下降的速度，延长了作用时间，提高 了爆炸能量的利用率。储能药包结构图如图2 所 示。本工程采用储能药包施工，取得了良好效果。 化炸药 图2 储能药包结构 3 ．2 控制加载爆填法挤淤的施工工艺 控制加载爆填法挤淤的基本原理根据淤泥土 与抛填石料的物理力学性质，控制抛填荷载的加载 形式与数量，并利用炸药的爆炸作用产生附加的外 部动荷载，从而破坏淤泥结构，降低淤泥强度，使抛 填石料实现不断的下沉，达到泥、石交换的目的。其 主要的技术要点是控制爆前抛填高度、宽度和爆炸 参数。 3 ．2 ．1 爆前抛填高度的确定 根据土工计算原理和堤身设计高度，经过理论 分析计算，确定堤身的抛填高度。通过抛填高度的 控制，最大限度地达到挤淤的效果，即保证平台有足 够的抛石厚度，又能保证堤上抛填车辆和布药机具 的运行方便和安全，爆后堤顶不能超高。 3 ．2 ．2 爆前抛填宽度的确定 根据抛填计算的高度值和堤身设计断面，计算 堤身抛填宽度。按照“先宽后窄”抛填控制原则，使 堤身两侧平台端面尺寸满足爆前、爆后体积平衡要 求，以保证平台宽度符合设计要求，同时又尽量减少 理坡的工作量。一般抛石体的坡脚和泥面的交界位 置与水下平台的外边线距离应满足4 - 6m ，并应考 虑淤泥隆起的高度对堤身实际有效抛填宽度的减少 量。同时，还要考虑并计算抛填的断面形式与设计 断面间的体积平衡。 3 ．2 ．3 爆破参数的设计与药量公式【3 1 药包埋深巩、单循环进尺量k 应满足如下关 系式 H s O ．1 6 一O ．4 5 巩 1 如 3 - 5m 2 线药量q 。 k g ／m 应满足如下关系式 Z 丽q t ． 只茗- 、茗、名，⋯ 3 堤头一次爆炸药量Q 。 k s 应满足如下关系 Q l a B l 工日日二火石1 、茗2 、髫3 ⋯⋯ 4 式中以淤泥质土厚度； k 群药包布药宽度； B 1 堤顶宽度B 的0 ．8 1 ．2 倍，即 B 1 0 ．8 1 ．2 B ； O t 炸药种类换算参数。 药包间距b 为2 ．0 - 2 ．5m ，群药包为单排。 药量函数厂 石卜茹、石，⋯⋯ 是确定一次装药量 的重要参数，选定的依据是爆炸后能形成充分的定 向滑移，并在多次抛填加载后，达到符合设计要求抛 石体底部置换深度。判别准则为淤泥剪应力与抗剪 强度应满足如下关系 K x C 1 5 r 式中C 。十字板抗剪强度，k P a ； K 爆炸强扰动引起的淤泥强度折减系 数； r 爆炸及抛填荷载的剪应力。 爆炸药量是受淤泥物理力学特性、淤泥厚度及 海况条件等多种因素制约的。完全反映这些因素的 影响，确定既满足设计置换要求同时又经济可行的 爆炸药量是很困难的。为此，采用如下工程方法确 定爆炸药量。 从大量深厚层淤泥工程实例，总结分析得到的 药量函数的变化范围比 八茗l 、茗2 、石3 ⋯⋯ O ．2 0 ．6 6 万方数据 2 0 0 8 年1 0 月控制加载爆填法处理深厚淤泥的工程应用崔广强等 2 7 是否有利于形成爆炸定向滑移置换是选定经验 系数的判别标准。例如淤泥含水量大，力学指标低， 淤泥层均匀，层厚大等情况，经验系数取偏小值。淤 泥不均匀，力学强度由上至下渐增，爆炸覆盖水浅等 情况，经验系数取偏大值。 选定的经验系数及其单炮药量，应经过试验修 正。试验要求为 1 试验段长度不小于5 0r n ，试验段应选择在 勘控资料可靠并有代表性的地段。 2 按爆炸设计参数进行的堤身爆炸。 3 严格统计抛填方量，测量爆炸前后纵断面， 按如下原则定每2 1m 进行一次体积平衡，预测堤 身落底情况。 4 根据实测抛填方量与设计图断面方量，进 行体积平衡分析。按设计要求，用钻孔或物探法进 行辅助检测。 5 分析修正。 6 若出现堤身爆炸用药量偏小，可加强侧向 爆炸，使试验段达到设计要求。 根据以上设计要求，确定本工程药包布置及爆 前、爆后断面示意图如图3 所示，本工程采用的抛填 参数和爆炸参数设计如表2 。 图3 药包布置及爆前、爆后断面 ． 。 t 3 ．2 ．4 安全距离足的确定 安全距离R 按式 7 计算 R 肜功1 向Q 1 刀 7 式中 R 距爆破点距离，m ； 口次同时起爆药量 1 【g ，如分段起爆 则为最大段的药量； 表2 抛填参数和爆炸参数的设计 K 、口与爆破振动安全距离有关的系数、指 数，与爆区的地质、地形条件和爆破 方式有关。 根据爆破安全规程H 】，K 、a 按表3 取用。本 工程取K 4 5 0 、a 1 ．6 5 。 表3 与爆破挤淤填石安全距离有关的系数、指数 3 ．3 爆破器材的选用与实施 水下爆炸处理软基施工宜选用乳化炸药或硝铵 类炸药，当选用硝铵类炸药时必须做防水处理。为 保证施工质量与安全，减少对环境的污染，本工程施 工使用安全爆炸性能好、抗水性能强、环境污染小的 乳化炸药。 水下传引爆器材宜用导爆索或导爆管等非电器 材，严禁使用导火索。为保证施工安全，本工程施工 选用满足传爆和引爆要求的塑料导爆索作为传引爆 器材。 起爆器材宜采用两发同厂、同批号的并联瞬发 或延期电雷管，以加强安全起爆。 根据施工组织设计文件要求的数量和质量制作 药包，采用由大型挖掘机改装的液压式陆上装药机 装药，如图4 所示。根据工程要求，乳化炸药、电雷 管、延期导爆管雷管等火工品，由电雷管起爆导爆 索，导爆索雷管引爆药包，雷管脚线与起爆线相连， 起爆线引至起爆器的起爆网络。采用l 段、3 段、5 段、9 段导爆索雷管实现分段微差爆破。起爆网络 示意图如图5 所示。 爆填主要施工工序如下 万方数据 爆破器材E x p l o s i v e M a t e r i a l s 第3 7 卷第5 期 一 咿＼o ⋯ 塑 图4 施工工艺 起爆器 包 图5 起爆网络 测量放线一抛石爆前测量一药包制作一定位 放线一药包布置与连接人员疏散与警戒一起爆一 爆后断面测量堤身循环爆填一内外侧侧爆一补 抛、补爆分析、比较与总结。 4 质量控制与检测 爆炸挤淤形成堤身断面的底界面的具体情况， 目前的技术手段难于进行精确的探测。一般质量控 制手段是进行严格的施工过程控制，通过爆前爆后 断面测量、体积平衡分析、物探检测，结合少量的堤 身钻孔和施工中及竣工后的沉降位移观测进行综合 分析评价。本工程主要通过爆前爆后断面测量、体 积平衡分析、堤身钻孔及沉降观测等方法对质量进 行综合评价，各方法充分发挥各自优点，分别从点、 线、面进行全面、动态控制，达到了良好的效果。 4 ．1 体积平衡法 通过对每次堤头炮的方量统计及侧炮的堤顶补 抛方量的统计，结合爆前、爆后断面测量，计算分析 实际抛填方量和设计方量的差异。根据体积平衡记 录数据可以看出，各区段平均抛填体积占设计堤身 体积的1 0 6 ％，堤身实际底轮廓线应不小于设计堤 底轮廓线，符合设计要求。各区段体积平衡分析详 见表4 。 表4 各区段体积平衡分析 4 ．2 钻孔检测法 钻孔检测法结果直观可靠，根据设计及规范要 求，全堤共布置6 个横断面，每个断面布置3 个钻 孔，钻孔揭示抛石体底面标高均低于一2 0 ．O m ，落底 宽度大于3 0 m ，钻孔数据揭示堤身落底达到了设计 要求，其钻孔检测结果见表5 。 4 ．3 沉降观测 沉降观测是鉴定堤身是否满足设计要求，是否 允许进行填筑与预估工后沉降决定交付验收的主要 依据。根据设计要求本工程设置了8 个沉降观测 点。在爆后进行的连续观测表明，沉降增量均小于 1 5m m ／d ，符合规范要求。典型观测点的沉降时程 曲线如图6 所示。 5 结语 1 福建华电储运有限公司l O ’、1 1 。泊位一期 后方陆域工程软基处理采用控制加载爆炸挤淤法， 通过质量检测及施工中及时检测断面，表明深厚淤 泥已经完整置换，断面形成良好，达到了预期目的。 表5 钻孔检测堤身落底 万方数据 2 0 0 8 年1 0 月控制加载爆填法处理深厚淤泥的工程应用崔广强等 2 9 时问f ／d 图6 典型观测点的沉降时程曲线 2 体积平衡法、钻孔法、沉降观测法能够较好 地检测工程的施工情况，这三种检测方法可以满足 工程实际要求，并为后续工作的开展提供了便利。 3 利用储能药包处理深厚淤泥在药量不减的 情况下，可以起到减振的效果，减少对周围建 构 筑物的振动影响，可以在类似的工程中推广使用。 4 要使该技术能进一步得到应用，还要从理 论上做更深入研究，特别是泥石置换深度与淤泥深 度性质及药包埋深等方面的研究。 5 爆炸挤淤效果受多个方面的影响，在炸药 用量、药包埋深方面已有经验公式可参考，在抛填石 料质量控制、潮位、潮水的动力影响等方面还有待于 深入研究。 参考文献 [ 1 ] 赵简英，王健，吴京平．控制加载爆炸挤淤置换法在工 程中的应用[ J ] ．岩土力学，2 0 0 6 ，2 2 7 3 3 2 3 3 5 ． [ 2 ] 高晓初，阳生权，邓玉雷，耿鹏．爆炸排淤储能药包的 试验研究[ A ] ．工程爆破论文集【C ] ．深圳1 9 9 7 ．6 0 7 6 1 1 ． [ 3 ] 李翼祺，马素贞．爆炸力学[ M ] ．北京科学出版社， 1 9 9 2 ． [ 4 ] 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 ] ． E n g i n e e r i n gA p p l i c a t i o no fE x p l o s i o nC o m p a c t i o nw i t hC o n t r o l l e dL o a d i n gt oT r e a tD e e pM u d C u iG u a n g q i a n g ，L i nC o n g m o u C o l l e g eo fC i v i lE n g ．m e e r i I l g ，H u a q i a oU n i v e r s i t y F u j i a nQ u a m h o u ，3 6 2 0 2 1 G e n gP e n g F u j i a nG a o n e n gC o n s t r u c t i o ne r o j 鲫C o ．，L t d ． 1 M i a nF u z h o u ，3 5 0 0 0 5 [ A B S T R A C T ]C o m i d e r i n gt h ee l u m i e t e r i s t i e so fd e e pm u da n dt h ed i s a d v a n t a g eo fg e o l o g i c a le o n d l t i o ni ne n g i I l e e r i n g ， t h em e t h o do fe x p l o s i o nc o m p a c t i o nu 8 i n ge n e r g ye l s ew i t hc o n t r o l l e dl o a d i n gw 聃a p p l i e dt ot r e a t 自o f t - f o t m d a t i o n ，w h i c h n o to n l yc o u l da c h i e v et h ee f f e c to fs h o c ka b s o r p d o n 。b u ta l s oi n s u r ei n t e g r a ld i s p l a c e m e n to ft h ed e e pm u d ．T h e8 u c c e 8 8 l m a p p l i e a d o no ft h em e t h o dW a l Sd e m o n s t r a t e di nt h i sp a p e rb ym a n yf a c t ss u c h 舶t h er e s o l v e m e n to ft e c h n i c a lp r o b l e m s ，d e - t e r m i n a t i o no fe o m t r u e t i o nt e c h n o l o g y ，M e e r t a i n 缸e x p l o s i o np a r a m e t e r sa n dq ∞l i t yd e t e c t i o n ，a n dS OO i l ． [ K E YW O R D S ] c o n t r o l l e dl o ．a i - s ，e x p l o s i o nc o m p a c t i o n ，d e e pm u d ，d e t e c t i o n 皇￡刍芝刍￡刍￡刍￡刍￡刍￡皇￡刍￡刍￡刍￡刍￡刍￡刍￡刍￡刍￡刍￡刍￡刍￡皇￡曼￡刍￡刍￡ 鱼￡刍2 刍￡刍￡皇￡刍￡皇￡皇￡刍￡刍￡皇￡刍￡皇￡‘墟’刍￡曼￡鱼￡刍￡刍￡刍￡刍￡刍昆刍￡ 上接第2 4 页 [ 5 ] 史秀志．爆破振动信号时频分析与爆破振动预测研究 [ D ] ．长沙中南大学，2 0 0 7 ． [ 6 ]中国生．基于小波变换的爆破地震安全能量分析法的 应用研究[ J ] ．岩土工程学报，2 0 0 6 ，2 8 1 2 4 2 8 ． [ 7 ]王文星．岩体力学[ M ] ．长沙中南大学出版社，2 0 0 4 ． [ 8 ] 蔡美峰，等．岩石力学与工程[ M ] ．北京科学出版社， 2 0 】2 ． [ 9 ] 许江，等．循环加、卸载条件下岩石类材料变形特性的 实验研究[ J ] ．岩石力学与工程学报，2 0 0 6 ，2 5 1 3 0 4 1 _ 3 0 4 3 ． [ 1 0 ] 刘运通，等．爆炸载荷下岩石损伤的数值模拟研究 [ J ] ．岩石力学与工程学报，2 0 0 1 ，2 0 6 ．7 8 9 - 7 9 2 ． [ 1 1 ]庄新炉．动载作用下损伤岩体的分形与裂纹扩展的 探讨[ J ] ．安徽理工大学学报，2 0 0 4 ， 2 4 ．4 1 4 3 ． S t u d yO nt h eR o c kB l a s t i n gV i b r a t i o nD a m a g eu n d e rt h eC o n d i t i o n so fH i g hS t r e s s S h iX i u z h i ，D o n gK a i e h e n g ，C h e r tX i s o k a n g ，z e l l gZ h i l i n S c h o o lo fR e s o u r e 酋a n dS g f e t yE I l 百n 鲫沁，C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t y t t u ’n a nC h a n g s h a ，4 1 0 0 8 3 [ A B S T R A C T ] T h em e t h o da n dm a i nC O U l l 孵o fb h 8 t l n gv i b r a t i o nd e t e e t l o n 鹏地i n t r o d u c e di nt h i sp - p e r ．T i m e - f r e q u e n c y i m a l y s i so fap a r t l c l , , W a Sm e dt oo b t a i nv i b r a t i o np a r a m e t e r s ，a n dd y I l a m i c 蜘t h e o r yo fr o c kb l a s 商a gv i b r a t i o nr o l eW a S s p p l i e dt Ot r a 威rt h eb l a s t i n gv i b r a t i o ne f f e c tO nr o c ki n t od y I I a m i cs t r e s s ．T a k i n gm a r b l eu n d e rh i g hs t z c s sc o n d i t i o n s 朋觚 e x a m p l e ，s h o c k 删d y n a m i cf l t r e 鲳o i lt h er o c ko fr e p e a t e dc o m p r e s s i o na n du n l o a d i n gp r o c e s sw 鹪a n a l r , 矧．a n di tW a S f o u n d ，t h a ti nh i g h s t r e s se o n d l t i o n s ，d a Ⅱl 砒e f f e c t so fb l a s t i n gv i b r a t i o n0 1 1t h er o c kb e C O l l l e m O t 屯p r o n o u n c e d ． [ K E YW O R D S ] t r m i cs t l “ e s s ，b l a s t i n gv i b r a t i o n ，r o c kd a m a g e 0趵如∞∞∞∞们∞ 量访藿『蓬器 万方数据