梁金池

(福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州 362000)

爆破擠淤法在福建福寧灣圍墾防坡堤應(yīng)用分析

梁金池

(福建省水利水電工程局有限公司，福建 泉州 362000)

爆破擠淤技術(shù)在潮汐電站工程和海洋圍墾工程建設(shè)中發(fā)揮著非常重要的作用。本文以福建福寧灣圍墾北岸消浪堤為例，對(duì)爆破擠淤施工技術(shù)的具體應(yīng)用進(jìn)行了分析。工程施工后取得了良好的施工效果，具有實(shí)用性、高效性和經(jīng)濟(jì)性。

防坡堤；爆破擠淤法；應(yīng)用

1 工程概況

福寧灣(沙頭)圍墾工程消波堤的軟基，設(shè)計(jì)采用爆破擠淤方法進(jìn)行處理，對(duì)地層勘測(cè)后發(fā)現(xiàn)，地層為透水性差、強(qiáng)度低、含水量大的不良結(jié)構(gòu)。消浪堤要求具備防沖抗浪功能，其主要目的是確保松山水閘在臺(tái)汛期的安全運(yùn)行，因此，消浪堤要承受較大橫向載荷。場(chǎng)地位于松山村南面的海灘，屬淺海灘涂-潮間帶地貌，場(chǎng)地地形起伏平緩；岸坡主要為巖岸，植被不發(fā)育，巖石大部分裸露，地形陡峭，坡度約40°～70°，局部為陡坎狀，節(jié)理較發(fā)育，自然巖坡穩(wěn)定。

2 爆破擠淤法

福寧灣圍墾工程在施工之前進(jìn)行了詳細(xì)的地質(zhì)勘查和水閘的模型試驗(yàn)，取得了一定的基礎(chǔ)資料，并對(duì)消浪堤的施工方法進(jìn)行了方案比較，消浪堤的基礎(chǔ)施工方法在排水固結(jié)和爆破擠淤之間進(jìn)行施工工藝比較，最后選定了爆破擠淤法。

2.1 短期效應(yīng)比較

因?yàn)橛倌嗌疃燃s5～17m，按分層堆載、每層1m、間歇期2個(gè)月的施工方法，采用排水固結(jié)法需要兩年時(shí)間，且還要進(jìn)行結(jié)構(gòu)護(hù)面等。而爆破擠淤只需45天，可加快基礎(chǔ)擠淤并一次達(dá)到基礎(chǔ)承載的目的。

2.2 模型試驗(yàn)比較

為進(jìn)行消浪堤基礎(chǔ)固結(jié)或換填基礎(chǔ)而進(jìn)行模型試驗(yàn)，從結(jié)構(gòu)受力方面分析，排水板打設(shè)的基礎(chǔ)固結(jié)承載著臺(tái)風(fēng)期的橫向風(fēng)浪沖擊較差，發(fā)揮效能等方面不比爆破擠淤好。

3 爆破擠淤法的作用原理

爆破擠淤法，是將炸藥包布置在拋填堤頭“泥石”交接面前方1～2m、深度0.4～0.6倍淤泥層厚度處，通過(guò)爆炸使淤泥被擠向四周，然后壓縮成坑。在爆炸振動(dòng)、爆炸超壓和沖擊等荷載耦合作用下，上覆拋石體會(huì)定向滑入爆坑。在進(jìn)行爆破擠淤施工時(shí)，可以將淤泥的內(nèi)部看作瞬時(shí)不排水的狀態(tài)，在受到了強(qiáng)大的爆炸沖擊力后會(huì)對(duì)深層淤泥產(chǎn)生干擾，降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，導(dǎo)致深層淤泥順著軸線方向定向滑移。隨著拋填自重荷載的進(jìn)一步加大，當(dāng)爆炸應(yīng)力波對(duì)深層淤泥產(chǎn)生的擾動(dòng)剪應(yīng)力高出抗剪強(qiáng)度后，拋石體會(huì)順著滑移線定向滑移到軸線方向并產(chǎn)生下沉，進(jìn)而達(dá)到置換泥石的目的。爆破擠淤施工工藝如圖1所示。

圖1 爆破擠淤施工工藝(單位：m)

4 爆破擠淤施工

4.1 爆破器材的選擇與使用

4.1.1 爆破器材的選擇

該工程選用普通袋裝乳化炸藥，炸藥的防水性可以達(dá)到工程施工要求；選用具有良好防水性的普通工業(yè)導(dǎo)爆索作為引爆器材；起爆選用2發(fā)并聯(lián)的同批號(hào)、同廠出品的8號(hào)工業(yè)電雷管并用膠布綁扎在導(dǎo)爆索上，要求將起爆雷管的聚能穴朝向?qū)П鞯膫鞅较颉?/p>

4.1.2 爆破網(wǎng)絡(luò)的連接

施工前，將導(dǎo)爆索加工制成起爆體放入到藥包中，然后將藥包埋入到海泥2/3深度，最后從水面將導(dǎo)爆索引出，并和主導(dǎo)爆索連接到一起，最后利用電雷管進(jìn)行起爆。在對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接時(shí)，需要以相同的方向?qū)⒏鱾€(gè)藥包的導(dǎo)爆索搭接到主導(dǎo)爆索上，搭接長(zhǎng)度保持在15cm以上[2]。使用防水膠布將搭接處綁扎好，搭接處不允許出現(xiàn)打圈或打結(jié)的情況。主導(dǎo)爆索和支導(dǎo)爆索的船舶方向夾角需要低于90°。起爆網(wǎng)絡(luò)見(jiàn)圖2。

圖2 起爆網(wǎng)路(單位：m)

4.2 拋填參數(shù)的設(shè)計(jì)

進(jìn)行爆破擠淤施工時(shí)，拋填參數(shù)設(shè)計(jì)的合理性直接決定設(shè)計(jì)斷面是否可以達(dá)到要求。一方面爆破擠淤對(duì)爆炸荷載有一定的要求，另一方面要求在進(jìn)行擠淤施工時(shí)要有足夠的石料，并盡量避免超出設(shè)計(jì)斷面。因此，拋填寬度、拋填高程、拋填進(jìn)程等參數(shù)是控制的重點(diǎn)。根據(jù)該工程設(shè)計(jì)斷面的外形，在進(jìn)行爆破擠淤施工時(shí)，為了保證爆破后寬度一次性到位，在進(jìn)行拋填時(shí)，設(shè)計(jì)采用“堤身先寬后窄”的方法進(jìn)行拋填施工。為了提高堤身的防浪沖刷能力，拋填過(guò)程中盡量將大塊石拋到堤身外側(cè)。拋填參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 拋填參數(shù)

4.3 爆破參數(shù)的設(shè)計(jì)

4.3.1 線藥量設(shè)計(jì)

裝藥量按下式計(jì)算：

Ql=q0LsHm

(1)

式中Ql——線藥量，kg/m；

q0——爆炸擠淤單位體積淤泥的耗藥量，kg/m3；

Ls——一次推填的循環(huán)進(jìn)尺，Ls=6m；

Hm——置換淤泥層厚度，Hm=10m。

對(duì)q0的影響因素比較多，例如淤泥深度、淤泥物理學(xué)指標(biāo)、覆蓋水深、石料塊度、炸藥類型等。在確定q0時(shí)需要分析所有可能影響爆破效果的因素，結(jié)合類似工程，該工程將取值范圍設(shè)計(jì)為0.12～0.15。由此得Ql=7.2～9kg/m。

4.3.2 裝藥量設(shè)計(jì)

每炮的裝藥量Q=QlL=345.6～432kg[L為裝藥長(zhǎng)度，L=48m(落底寬度)]，該工程取值Q= 420kg，堤頭爆填與兩側(cè)側(cè)爆填參數(shù)設(shè)計(jì)見(jiàn)表2和表3。

表2 堤頭爆填參數(shù)設(shè)計(jì)

表3 兩側(cè)平臺(tái)爆夯參數(shù)設(shè)計(jì)

4.3.3 設(shè)計(jì)藥包的埋設(shè)深度HB

按《爆炸法處理水下地基和基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》中的公式進(jìn)行計(jì)算：

(2)

式中Hmw——計(jì)入到覆蓋水深的折算淤泥厚度，m；

Hm——需要置換的淤泥厚度，m；

γm——淤泥重度，取16.3kN/m3；

γw——海水重度，取10.3kN/m3；

Hw——覆蓋水深，m。

根據(jù)表4進(jìn)行藥包泥下埋設(shè)深度H2的取值。

表4 藥包在泥面下的埋入深度

按2-2斷面，HB=0.45Hm，1-1斷面，HB=0.5Hm。

5 爆破施工關(guān)鍵施工技術(shù)

5.1 布藥工藝

在進(jìn)行爆炸擠淤時(shí)要將炸藥布置到設(shè)計(jì)位置，選用履帶式直插裝藥設(shè)備進(jìn)行裝藥。該設(shè)備是利用挖掘機(jī)改裝而成的，可以在陸地上進(jìn)行裝藥，不受風(fēng)浪的影響。裝藥速度快，完成一次堤頭爆破作業(yè)只需要1～1.5h，適用于厚度為4～20m的淤泥。

5.2 堤頭爆填

使用深孔梯段爆破技術(shù)進(jìn)行堤心石的開(kāi)采，使用20t自卸車進(jìn)行堤頭的填筑，然后用推土機(jī)進(jìn)行整平。在進(jìn)行爆破擠淤施工時(shí)嚴(yán)格按照確定的堆高高度和拋填寬度(48m)進(jìn)行堤身的拋填施工。對(duì)于體積比較大的石料盡可能在外海側(cè)進(jìn)行拋填。爆填進(jìn)尺達(dá)到6m時(shí)，即可進(jìn)行拋填作業(yè)。將藥包埋入到推填堤芯前方2m內(nèi)的淤泥下。利用爆炸產(chǎn)生的動(dòng)能排開(kāi)淤泥，然后立即將石料填入到爆坑中，并落到持力層上。爆填堤頭后立即進(jìn)行補(bǔ)拋，然后繼續(xù)向前推進(jìn)，完成一個(gè)爆填循環(huán)后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)。

5.3 堤身側(cè)向爆填

該工程采用 “控制加載爆炸擠淤置換法”進(jìn)行堤身側(cè)向爆填施工。因?yàn)榇嬖谟倌喟瑸榱吮ＷC平臺(tái)的落底密實(shí)度和落底深度，需對(duì)堤身進(jìn)行整形和加寬，這就需要進(jìn)行側(cè)爆。在施工過(guò)程中，需要按照設(shè)計(jì)深度埋設(shè)炸藥。側(cè)爆一次性處理的深度一般需根據(jù)工程實(shí)際情況確定。一般來(lái)說(shuō)，可以在堤頭爆填50m時(shí)進(jìn)行堤芯側(cè)爆填，堤芯側(cè)爆填的循環(huán)進(jìn)尺控制在30m。

每次爆破作業(yè)前后都需要測(cè)量堤身斷面，并挖出堤身內(nèi)側(cè)和外側(cè)的淤泥，使用基礎(chǔ)塊石進(jìn)行補(bǔ)拋。對(duì)于水下平臺(tái)不足部分使用大塊石進(jìn)行補(bǔ)拋，最后進(jìn)行護(hù)面和拋填護(hù)底石的施工，采用爆沉累積算法和自沉算法以及體積平衡法進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)誤差，立即對(duì)爆破參數(shù)和拋填參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。

6 爆破質(zhì)量檢測(cè)

按規(guī)范要求采用鉆孔檢測(cè)法和體積平衡法進(jìn)行了檢測(cè)。其中采用鉆孔檢測(cè)法檢測(cè)，每個(gè)斷面布設(shè)1～2個(gè)鉆孔。體積平衡法指的是通過(guò)統(tǒng)計(jì)設(shè)計(jì)斷面方量和上堤方量來(lái)分析爆破質(zhì)量。

鉆孔檢測(cè)表明：該工程拋石層落底寬度和落底標(biāo)高達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，拋石持力層和拋石層底截面銜接良好，堤心位置沒(méi)有出現(xiàn)明顯夾泥層，堤身達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

體積平衡分析表明：各段拋填量都達(dá)到了設(shè)計(jì)方量的95%，達(dá)到了堤身落底置換淤泥的基本要求。證明爆破擠淤參數(shù)合理，施工效果良好。

7 結(jié) 語(yǔ)

綜上所述，在消浪堤基礎(chǔ)施工過(guò)程中，使用爆破擠淤法進(jìn)行施工可一次性置換到位，短期效應(yīng)好，具有良好的防護(hù)作用。且造價(jià)與同類方法差距不大。在實(shí)際施工過(guò)程中，對(duì)沖擊波、爆破振動(dòng)、飛石等采取了相應(yīng)的控制措施，未對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。

[1] 李彰明.軟土地基加固理論、設(shè)計(jì)與施工[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006：32.

[2] 王靈敏，曾金年.浙江省灘涂圍墾與區(qū)域經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[J].海洋學(xué)研究，2006，24(7)：13-19.

[3] 徐學(xué)勇，汪稔，孟慶山，等.深厚淤泥爆破擠淤震動(dòng)效應(yīng)測(cè)試與控制技術(shù)[J].巖土力學(xué)，2008，29(12)：3256-3260.

Analysis on Applying Blasting and Silting Method in Fujian Funingwan Reclamation Breakwater

LIANG Jinchi

(FujianWaterConservancyandHydropowerEngineeringBureauCo.,Ltd.,Quanzhou362000,China)

The blasting and silting technology plays an important role in the construction of tidal power plant engineering and ocean reclamation engineering. In the paper, the break water on the north bank of Fujian Funingwan reclamation is adopted as an example. Concrete application of blasting and silting construction methods is analyzed. Excellent construction effects are achieved during engineering construction. It is practical, efficient and economical

breakwater; blasting and silting method; application

圖2 并網(wǎng)電廠租用電信運(yùn)營(yíng)商通道接入電力系統(tǒng)示意圖

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.07.010

TV866

A

1673-8241(2017)07- 0031- 04

科學(xué)研究及工程設(shè)計(jì)