朱 永， 徐 颖， 郑志涛

(安徽理工大学 土木建筑学院， 安徽淮南 232001)



复杂环境下爆破挤淤筑堤技术应用研究

朱 永， 徐 颖， 郑志涛

(安徽理工大学 土木建筑学院， 安徽淮南 232001)

摘要：在状元岙港区化工码头防波堤围堤工程中，针对复杂环境下爆破挤淤筑堤施工中存在堤身偏心，持力层是斜面，淤泥的出路等问题以及大药量爆破对周边环境的危害，提出了合理的爆破方案，即筑堤方式的选择、抛填参数、爆破参数以及起爆网路设计等。爆破质量检测结果表明，钻孔检测结果与物探测试结果基本吻合，爆破挤淤筑堤取得了良好的工程效果。

关键词：爆破挤淤； 抛填参数； 爆破参数； 质量检测； 筑堤技术； 复杂环境

1引 言

随着处理淤泥厚度的增加，在淤泥层修筑防波堤等护岸工程时，爆炸处理软基技术的一些优越性得到了充分的体现。但是，对于深厚淤泥层中的爆炸挤淤工程，由于该项技术在处理深厚淤泥方面的相关机理认识欠缺，有关参数的设计主要依靠经验。而淤泥层的深度越大，所需要的炸药量也越大，爆炸对周围环境的影响也越大。为了减少对周围环境的影响，需控制炸药的起爆量，但又会使泥石置换往往达不到理想的效果。

温州港状元岱港区化工码头工程防波堤全长879.9m，淤泥最深处为21m，爆炸挤淤段堤长620.4m。因此，开展状元岱港区爆炸挤淤筑堤技术研究，对确保工程的顺利完成具有重要的意义。爆炸挤淤填石示意图如图1所示。

图1　爆前、爆后及循环抛填断面Fig.1　The section of before and after the blasting and the circulation of the throw fill

2工程概况及难点

2.1工程概况

温州港状元岙港区化工码头工程防波堤为沿海港口一般水工工程。工程标段堤全长879.9m，堤心为抛填块石混合料，外海侧护面块体采用扭工字块和棱体大块石。围堤分为主堤与侧堤，主堤总长度约为639.9m，采用爆炸挤淤和抛石挤淤斜坡堤结构;侧堤长度约为240m，采用爆炸挤淤斜坡堤结构。抛石挤淤段堤长259.5m，抛石挤淤方量82 494m3；爆炸挤淤段堤长620.4m，爆炸挤淤工程量共629 118m3。爆破区域西南面距庙宇约120m(已弃用)，东南面距工棚约156m，西面距码头约130m，南面距高压线10kV、多组通讯线约248m。具体位置关系见图2。

图2　爆破区域周围环境Fig.2　Environment around the blasting area

2.2工程难点及应对措施

(1)围堤的主堤外侧水深、顶部窄、落底宽，外侧坡脚延伸较长，外海侧最远距离轴线69m，坡比较大，为1∶2.5。根据爆破置换体积平衡原理〔1〕，为避免超方过多，减少水下开挖量，并保证落底宽度，在主堤施工中，抛填采用“堤身先宽后窄”的方法，堤头爆填时，同时进行外侧第一次侧爆，置换体积较小的断面时采用候潮施工，爆后堤身收缩再补抛上部堤心石，同时堤身缩窄。

(2)围堤主堤的落底持力层坡比较大，堤身偏心、重力设计偏向低值，内侧回填会造成内外侧压力不均衡，一次性处理不彻底，易造成海堤滑移，所以采用内、外侧布药时药量不一样的方法，以达到整体爆破挤淤时堤身的平衡。同时控制好内侧回填进度，在主堤达到稳定后，回填才能从堤身向内侧局部跟进回填，避免堤身由于回填石方对其造成过大的侧向压力而滑移。

(3)侧堤置换淤泥较深、体积较大，爆破所需的药量也较大，爆破振动会对周边建筑结构造成一定的影响，为有效降低爆破施工时的振动效应，采用塑料导爆管雷管实施药包间毫秒延时起爆来降低爆破振动。

(4)K0+100～270段，内侧坡脚有原回填石料，将影响爆炸挤淤施工时淤泥的出路，而且持力层是斜面，容易造成堤身整体向外滑移，该段原回填石料一定待要清除干净后再进行爆炸挤淤施工。

(5)侧堤置换淤泥深度大，淤泥质粘土的力学性能较好，装药容易造成药包回带，影响爆破效果，科学合理的制定爆炸挤淤装药器是确保工程质量和进度的关键。为了保证裝药深度，根据工程采用专利技术深水爆炸挤淤装药器，设计的装药器有药包自动脱落反向门。

3爆破方案设计

3.1总体筑堤方案

工程软基需置换的淤泥深度5.4m～21.0m，最大深度为21.0m，釆用爆炸挤淤和抛石挤淤进行处理。在桩号里程K0-29.9～K0+850中，K0-29.9～K0+100和K0+270.4～K0+400，筑堤方式为抛石挤淤，其它桩号为爆炸挤淤筑堤底方式。

施工过程中加强对爆前、爆后的检测，及时调整抛填、爆破参数，以优化施工方案，做到爆后抛石落底，保证堤身抛填宽度、外侧爆后开挖量小、外侧平台到位、堤身整体不滑移、爆破振动对周边影响小。

3.2抛填参数设计

根据工程设计断面形状，采用爆炸挤淤处理软基和“堤身先宽后窄”的抛填方法。爆炸处理时堤头爆填与侧向爆填同时进行，使爆后水下平台达到一定宽度。爆后补抛时堤身缩窄以控制抛掷方量，尽量减少后期坡面整理的工作量。为抵抗海浪的冲刷作用，在抛填时尽量将大块石抛在堤身外侧。

根据防波堤堤身的设计高度，以施工期间海水水位不会漫过堤顶，且爆破后堤顶不超高、抛填高度最大化，最大限度地提高爆破挤淤效果、尽量降低成本等为原则，确定防波堤主堤抛填高程为+3m、侧堤抛填高程为+5m。

深厚淤泥质软基中堤坝平台要在爆填堤头时一次形成达到设计断面，在后期侧爆时向堤坝两侧将平台拉出的效果十分有限，因此在确定抛填高度时要考虑防波堤堤身断面设计宽度、堤身抛填高程、淤泥顶面高程等因素确定抛填宽度，同时还要考虑抛填时车辆的顺利通行。

抛填进尺要根据工程地质情况、施工状况和坡上重复抛填情况综合考虑。根据各抛填参数的控制要求，确定了各个桩号的抛填参数，见表1。

表1　不同里程抛填参数设计

3.3爆破参数设计

根据爆炸法处理水下软基经验公式〔2〕，堤头爆填单位长度装药量按下式计算：

Q1=q0LsHm

式中：Q1为线药量，kg/m；q0为单位体积淤泥炸药消耗量，kg/m3；Ls为单次推填的循环进尺，m；Hm为置换淤泥层的厚度，m。

根据爆破作业区有场地不良地基土层，且处于海域中，局部坡度大，软土层性质差，厚度变化大，最厚处达21m、堤心为抛填块石混合料，外海侧护面块体采用扭工字块和棱体大块石，内侧护面为袋装碎石及编织布一层以及炸药的威力等特点。确定防波堤工程主堤炸药单耗取0.13kg/m3～0.14kg/m3，考虑K0+220～K0+270.4和 K0+400～K0+440位置的淤泥厚度较小，该里程q0取0.13kg/m3，侧堤炸药单耗q0取0.12kg/m3～ 0.13kg/m3。经计算，状元岙港区化工码头防波堤工程爆填参数如表2所示。

表2　侧堤爆破参数

由于主堤淤泥置换厚度较小，考虑到爆破安全以及侧爆作用等，试验段暂不进行第二次侧爆。根据试验段施工检测情况，再考虑主堤是否做第二次侧爆。侧堤第二次侧爆爆破参数如表3所示。每次爆破装药深度参照《水运工程爆破技术规范》(JTS 204-2008)，并根据现场淤泥包厚度进行调整〔2〕。

表3　侧堤第二次侧爆参数

3.4裝药设备与起爆网路

爆炸挤淤要求将炸药放置到设计要求的位置，如淤泥中一定深度或在有覆盖水时淤泥表面上。该防波堤工程抛填区域水体深、堤坝断面面积大，外侧坡脚线较长，选用50t履带吊结合振冲锤的装药设备，并设计有自动脱落反向门。设备的设计原理见图3。

起爆网路如图4所示。药包由装药设备布置到淤泥中预定位置，并将导爆索引出水面，药包的导爆索之间形成并联。为了提高网路安全性，主导爆索采用双股，主导爆索由电雷管引爆。

图4　起爆网路Fig.4　Initiation network

4爆破安全与质量检测

4.1爆破安全控制

在挤淤筑堤爆破施工的同时，爆破的有害效应振动、冲击波、个别飞散物、噪声和粉尘等不可避免的产生，并影响着周围环境。为了确保周围建筑物、码头、高压电线及其他临时设施的安全，有必要对爆破有害效应进行研究分析，降低其对周围的影响，保证工程的顺利进行。

该防波堤爆炸挤淤工程上层水体深度较大，起到较好的防护作用。同时施工场地距高压线最近248m、码头130m，最近的为一座巳废弃的庙宇120m，而类似工程经验表明爆炸挤淤时个别飞散物的距离一般在100m范围内。因此，爆区周围建筑设施是安全的。根据规程〔3〕，爆破时最小安全警戒距离取300m。

4.2爆炸挤淤工程质量检测

爆炸挤淤筑堤工程质量检测主要内容有：堤坝的断面、落底标高是否达到设计要求，堤坝填料性质及厚度等。防波堤检测工作的主要目的是查明围堤堤心填料厚度及堤身下卧土层物理力学指标。主要对K0+020、K0+190、K0+230、K0+340、K0+420断面的堤心填料厚度及堤身下卧土层物理力学指标进行钻孔检测。检测结果显示：围堤堤心填料按成分不同分为上部块(碎)石层和下部碎石混粉质粘土(混合过渡层)、下卧层中风化凝灰岩组成，与物探测试结果基本吻合。表明防波堤工程满足设计标准，爆炸挤淤筑堤取得了良好的效果〔4-6〕。

4.3环境保护的监测

由于爆炸挤淤筑堤是在海域内进行作业，爆炸产物可能会对海洋的环境有影响。因此，在水下进行爆破时，前期应使用小药量，将鱼类的生物尽可能赶出作业区，减少鱼类损失。此外，还应该配合有关部门对作业区进行监测，提供数据说明爆破挤淤对海洋生态环境没有影响。

5结 语

(1)对于主堤外侧水深、顶部窄、落底宽，外侧坡脚延伸较长，设计采用“堤身先宽后窄”的抛填方法，爆后堤身收缩再补抛上部堤心石，同时堤身缩窄，实现爆破后的堤身断面符合设计要求。

(2)采用内、外侧布药时药量不一样的方法解决堤坝落底持力层坡比较大、堤身偏心的问题，达到了整体爆破挤淤时堤身的平衡。

(3)采用塑料导爆管雷管实施药包间毫秒延时起爆可有效降低爆破施工时的振动效应，而且采用导爆索与电雷管连接的起爆网路，实现施工方便快捷且传爆可靠有效。

(4)通过质量控制标准的制定，爆破前抛填检测、爆破器材检测以及爆破后堤身断面检测、物探和钻探检测等手段，提高了爆炸挤淤筑堤工程质量。

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Technical code of blasting for port and waterway engineering JTS 204-2008[S]. Beijing: People's Communications Press, 2008:16-18.

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Research on blasting compaction embankment technology in complex environment

ZHU Yong, XU Ying, ZHENG Zhi-tao

(School of Civil Engineering and Architecture, Anhui University of Science and Technology, Huainan 232001, Anhui, China)

ABSTRACT：In the chemical wharf breakwater embankment project of Zhuangyuanao port area, the problems of embankment construction by blasting compaction method in complex environment, such as the dyke eccentricity, the bearing layer inclined plane, silt outlet and large charge blasting harm to the surrounding environment were researched. A reasonable blasting plan including reasonable diking method, throw and fill parameters, blasting parameters and network design was proposed. The results of blasting quality detection showed that the results of hole-drilling and physical exploration method were almost the same. An excellent engineering effect was achieved by the blasting compaction method.

KEY WORDS:Blasting compaction; Throw fill parameters; Blasting parameters; Quality detection; Embankment technology; Complex environment

文章编号：1006-7051(2016)02-0056-05

收稿日期：2015-10-20

作者简介：朱 永(1992-)，男，硕士，主要研究有关岩土工程的爆破技术。E-mail：1203497008@qq.com

中图分类号：TD235.2； TU746.5

文献标识码：A

doi：10.3969/j.issn.1006-7051.2016.02.012