余膳男，王 玨

（1．中交上航局航道建設(shè)有限公司，浙江 寧波 3152 00；2．上海交通建設(shè)總承包有限公司，上海 2001 36）

1 工程概況

岱山縣大魚(yú)山北部成陸工程無(wú)名峙—蝙蝠礁海堤全長(zhǎng)604．3 m，堤身采用拋石斜坡堤的結(jié)構(gòu)形式，地基處理采用爆破擠淤法置換軟土。堤心石均采用開(kāi)山石，為10～300 kg弱風(fēng)化或新鮮塊石，飽和抗壓強(qiáng)度≥30 MPa。外側(cè)為 400～800 kg塊石墊層，墊層高度1．3 m，墊層以上安裝 8 t扭王字塊，坡比1∶2。內(nèi)側(cè)為漿砌塊石護(hù)面，坡比 1∶1．75（見(jiàn)圖1）。

圖1 典型結(jié)構(gòu)斷面

2 自然條件

2.1 水文

設(shè)計(jì)高水位2．34 m（高潮累計(jì)頻率10%），設(shè)計(jì)低水位 －1．66 m（低潮累計(jì)頻率 90%），最高潮位3．08 m，最低潮位 －2．11 m，平均高潮位 1．19 m，平均低潮位 －0．79 m，平均潮位 0．24 m，最大潮差4．02 m，平均潮差1．98 m。

2.2 地質(zhì)

根據(jù)《舟山市岱山縣大小魚(yú)山無(wú)名峙島東側(cè)成陸工程巖土工程勘察報(bào)告》，勘探揭露的土層主要為第四紀(jì)海相沉積的軟弱土、沖洪積形成的碎石泥黏性土、砂土及風(fēng)化層。工程區(qū)域水下泥面較為平坦，整體呈東向西微傾斜狀，泥面高程一般為 －1．5～－3．3 m，淤泥層厚度14～29 m。淤泥層厚度變化較大，承載力較低無(wú)法作為海堤基礎(chǔ)有效持力層。海堤兩端靠近山體處，淤泥層以下為粉質(zhì)黏土層，容許承載力滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，可作為海堤有效持力層。

3 爆破擠淤填石技術(shù)施工工藝

3.1 爆破擠淤填石技術(shù)原理

首先通過(guò)自卸車(chē)沿海堤軸線(xiàn)內(nèi)側(cè)和外側(cè)按照一定寬度持續(xù)拋石、堆積一段距離并形成梯形邊坡斷面，然后先后在拋石體斷面前端淤泥與石塊混合區(qū)域的適當(dāng)位置及適當(dāng)深度插入炸藥并引爆，爆破后堆石體下部淤泥被擠出，淤泥內(nèi)部形成一個(gè)近似半橢球體的空腔，拋石體瞬間坍塌充填空腔并沿著拋石前進(jìn)方向滑移形成“石舌”。同時(shí)拋石體前方和下方一定范圍內(nèi)淤泥被爆炸弱化，強(qiáng)度降低，拋石體將持續(xù)下沉滑移擠淤，當(dāng)斷面結(jié)構(gòu)達(dá)到新的平衡時(shí)停止。隨后繼續(xù)拋石、堆積、爆破，當(dāng)拋石體自重與土體結(jié)構(gòu)再次達(dá)到平衡或拋石體與持力層有效銜接后滑移停止。通過(guò)拋填、堆積、爆破的方式沿著海堤軸線(xiàn)循環(huán)作業(yè)，用石方將一定深度淤泥置換并與持力層有效銜接，最終形成穩(wěn)定的堤身基礎(chǔ)（見(jiàn)圖2）。

圖2 堤身基礎(chǔ)斷面

除堤頭端部爆填外還應(yīng)結(jié)合堤身兩側(cè)爆破。堤頭端部爆填旨在達(dá)到設(shè)計(jì)落底深度和寬度，側(cè)爆則形成堤身外側(cè)設(shè)計(jì)平臺(tái)堤身寬度。

3.2 施工工藝流程

施工工藝流程如圖3所示。

圖3 施工工藝流程

3.3 裝藥工藝

常規(guī)裝藥方式有4種：挖掘機(jī)改裝直插式裝藥設(shè)備、履帶式吊機(jī)振沖裝藥設(shè)備、吊架式裝藥器和船式裝藥設(shè)備。根據(jù)本工程淤泥特性及施工條件，選用挖掘機(jī)改裝式直插裝藥設(shè)備。

設(shè)計(jì)說(shuō)明中提到不排除存在夾砂層的可能，因挖掘機(jī)改裝的直插式布藥設(shè)備無(wú)法穿透夾砂層，所以若在試驗(yàn)段及施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有夾砂層，為達(dá)到設(shè)計(jì)落底要求，將改用履帶式吊機(jī)振沖裝藥方式。

2種裝藥方式都是陸上作業(yè)，挖掘機(jī)直插式裝藥方式是利用挖掘機(jī)油壓及伸縮長(zhǎng)臂特點(diǎn)，將裝藥器安裝在長(zhǎng)臂端部，施工作業(yè)時(shí)，挖掘機(jī)開(kāi)到堤頭定位，通過(guò)挖掘機(jī)的移動(dòng)和下壓，將藥包裝到泥下指定位置。移機(jī)后連線(xiàn)起爆。這種方法裝藥施工工藝簡(jiǎn)單，縮短了裝藥作業(yè)時(shí)間。履帶式吊機(jī)振沖裝藥方式是將振動(dòng)錘連接在裝藥器上，用吊機(jī)將裝藥器放在設(shè)計(jì)的藥孔位置，通過(guò)振動(dòng)錘的外力振動(dòng)使裝藥器里的藥包埋到設(shè)計(jì)位置。這種裝藥方式施工工藝較復(fù)雜，但能順利地使藥包穿過(guò)砂層。

3.4 拋填參數(shù)設(shè)計(jì)

3.4.1 爆前拋填高程

拋填沿著堤身軸線(xiàn)向兩側(cè)展開(kāi)進(jìn)行，從堤端按照一定寬度整齊向前推進(jìn)，小塊石拋于內(nèi)側(cè)，大塊石拋于外側(cè)，爆前根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)條件及設(shè)計(jì)斷面高程盡可能拋高，保證拋石厚度足夠且爆后頂?shù)谈叱滩怀^(guò)設(shè)計(jì)要求。根據(jù)拋石體自重?cái)D淤深度公式，可計(jì)算出拋石體厚度與擠淤深度的關(guān)系：

式中，γs為淤泥密度，17～18 k N／m3；γg為石料密度，22 k N／m3；Cu為不排水剪切強(qiáng)度，17 kPa；B為拋填寬度；D為拋石體擠淤深度，m；H為拋填厚度，m；t為淤泥厚度，14～25 m。

結(jié)合填筑體厚度與擠淤深度關(guān)系曲線(xiàn)（見(jiàn)圖4）和設(shè)計(jì)斷面圖，并考慮施工便利性，本工程爆前拋填高程統(tǒng)一為＋6．0 m，爆后高程按＋3．0 m控制。

圖4 計(jì)算結(jié)果曲線(xiàn)

3.4.2 爆前拋填寬度

拋填寬度設(shè)計(jì)的原則是在爆破后可基本滿(mǎn)足設(shè)計(jì)斷面要求并盡可能減少理坡工程量，一般拋石體坡腳和泥面線(xiàn)交界處偏海堤軸線(xiàn)約4～6 m的位置為拋填體邊界線(xiàn)。同時(shí)考慮淤泥包鼓起高度會(huì)減少拋填體有效寬度，本工程外側(cè)21 m，內(nèi)側(cè)20 m。

3.4.3 水平進(jìn)尺

水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范［2］中對(duì)于淤泥厚度在4～25 m范圍內(nèi)的爆破擠淤填石一次推進(jìn)水平進(jìn)尺為4～7 m。過(guò)去的研究工作認(rèn)為，當(dāng)進(jìn)尺長(zhǎng)度超過(guò)7 m，拋石層底部淤泥可能被包裹無(wú)法擠出。隨著爆破擠淤技術(shù)不斷發(fā)展，過(guò)去的“爆炸排淤填石技術(shù)”被如今“爆炸定向滑移法”所取代。進(jìn)尺的長(zhǎng)度主要取決于爆坑的大小，而石舌的大小正是爆坑大小的外在表現(xiàn)?，F(xiàn)今采用的集群藥包和特殊裝藥工藝，使爆破的有效作用范圍有較大提高，所以通過(guò)試驗(yàn)爆破，觀察“石舌”長(zhǎng)度，是確定填石進(jìn)尺的有效方法。本工程通過(guò)試驗(yàn)爆破，形成“石舌”長(zhǎng)度在8～10 m，為保證施工質(zhì)量，本工程按8 m進(jìn)尺。

3.5 端頭爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

3.5.1 炸藥量

式中，qL為線(xiàn)布藥量（kg／m），即單位布藥長(zhǎng)度上分布的炸藥量；q0為炸藥單耗（kg／m3），即爆除單位體積淤泥所需藥量，按Hs／Hm炸藥單耗取值，當(dāng)Hs／Hm≤1．0時(shí)，q0為 0．3～0．4；當(dāng) Hs／Hm＞1．0時(shí)，q0為0．4～0．5；其中 Hs為泥面以上填石厚度（m）；LH為一次推進(jìn)的水平距離，取8 m；Hmw為計(jì)入覆蓋水深的折算淤泥厚度；Hm為置換淤泥厚度，14～25 m，淤泥包隆起高度應(yīng)計(jì)入；γw為水重度（k N／m3），γm為淤泥重度（k N／m3）；Hw為覆蓋水深（m），1～5 m。

單次爆破炸藥量越大爆破產(chǎn)生的能量越大，對(duì)周?chē)ㄖ镌斐傻挠绊懸簿驮酱螅糇鳂I(yè)范圍內(nèi)有需要保護(hù)的建筑物時(shí)，則單次爆破總藥量還應(yīng)根據(jù)相關(guān)公式進(jìn)行安全驗(yàn)算，確保爆破作業(yè)不對(duì)需保護(hù)建筑物造成不利影響，其端頭爆參數(shù)如表1所示。

表1 端頭爆參數(shù)

3.5.2 布藥深度

布藥深度一般取淤泥厚度的0．4～0．6倍。本工程需置換的淤泥厚度為14～25 m，系數(shù)取0．6，則布藥深度為8～15 m。根據(jù)布藥深度選擇合適長(zhǎng)度、性能的直插式布藥機(jī)進(jìn)行布藥。

3.5.3 藥包間距

藥包間距可按下式計(jì)算：

式中，K為作用系數(shù)，取10～12；Q為單個(gè)藥包質(zhì)量，36 kg和 48 kg。

將導(dǎo)爆索加工成起爆體直接插入藥包中，然后通過(guò)布藥機(jī)將藥包埋入淤泥中一定深度處并從炮孔中引出導(dǎo)爆索，于適當(dāng)長(zhǎng)度處將其割斷與主導(dǎo)爆索相連（并聯(lián)），主導(dǎo)爆索可采用雙股，再將主導(dǎo)爆索與非電雷管相連并延伸至安全范圍，最后用非電雷管起爆（見(jiàn)圖5）。

圖5 起爆網(wǎng)絡(luò)斷面

3.6 側(cè)爆爆破參數(shù)

堤身推進(jìn)至50～100 m后應(yīng)對(duì)堤身進(jìn)行內(nèi)外側(cè)側(cè)爆，通過(guò)側(cè)爆，加強(qiáng)海堤坡腳的穩(wěn)固及拉寬，修整堤身。側(cè)爆循環(huán)進(jìn)尺按30～60 m控制，同時(shí)考慮外海側(cè)承受風(fēng)浪較大，抗浪要求高，需對(duì)外側(cè)加大藥量，使之更加穩(wěn)定（見(jiàn)表2）。

4 爆破安全

本工程為露天淺水爆破，作業(yè)范圍附近有部分需保護(hù)民舍，海上區(qū)域有往來(lái)施工船舶。爆破作業(yè)時(shí)主要考慮需保護(hù)建筑物、船舶、人員等是否在爆破引起的振動(dòng)、個(gè)別飛散物、沖擊波等的危害范圍以?xún)?nèi)。

4.1 爆破振動(dòng)

作業(yè)引起的爆破振動(dòng)頻率為60～150 H z，安全允許距離按下式計(jì)算：

式中，R為爆破振動(dòng)安全允許距離（m）；Q為單次起爆總炸藥量（kg）；V為保護(hù)對(duì)象振動(dòng)安全允許速度（cm／s）；K、a分別為安全系數(shù)、指數(shù)。根據(jù)爆破安全規(guī)程，拋填石料地基 K＝450、a＝1．65。本工程300 m范圍內(nèi)無(wú)需保護(hù)建筑物，保護(hù)對(duì)象振動(dòng)安全允許速度為 1．5 cm／s，此安全允許速度下最大藥量（816 kg）的安全允許距離小于300 m，對(duì)范圍內(nèi)建筑物無(wú)振動(dòng)危害。

表2 側(cè)爆參數(shù)

4.2 個(gè)別飛散物

爆破擠淤施工時(shí)，個(gè)別飛散物的距離跟淤泥厚度、覆蓋水深及裝藥量等有關(guān)。根據(jù)本工程試驗(yàn)爆破情況，個(gè)別飛散物的距離未超過(guò)200 m。本工程陸上安全距離設(shè)置為300 m，水上安全距離設(shè)置為350 m，可保證爆破作業(yè)安全。

4.3 沖擊波

本工程藥包埋入較深淤泥下并有一定深度海水覆蓋可不考慮空氣沖擊波的危害。對(duì)人員和施工船舶的水中沖擊波安全允許距離可按下式計(jì)算：

式中，R為水中沖擊波的最小安全允許距離（m）；Q為一次起爆的炸藥量（kg）；K0系數(shù)按表3取值。

表3 系數(shù)K0取值

5 質(zhì)量檢測(cè)

本工程無(wú)名峙—蝙蝠礁海堤基礎(chǔ)現(xiàn)已完工，工程質(zhì)量檢測(cè)采用鉆孔檢測(cè)法、體積平衡法和物探法。利用過(guò)磅單數(shù)據(jù)通過(guò)體積平衡法將實(shí)際拋填方量和設(shè)計(jì)斷面方量對(duì)比，每次爆前拋填量均不低于設(shè)計(jì)理論方量的98%。斷面檢測(cè)孔共布置6個(gè)斷面，每個(gè)斷面3個(gè)檢測(cè)孔，檢測(cè)結(jié)果表明各檢測(cè)點(diǎn)拋填石料落底深度均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，拋石層底與持力層直接無(wú)夾砂、夾泥。另每隔100 m布置沉降板，累計(jì)沉降量小于30 cm。

6 質(zhì)量控制要點(diǎn)分析

爆破擠淤填石技術(shù)作業(yè)石料的落底深度和寬度無(wú)法通過(guò)肉眼直觀了解，所以對(duì)整個(gè)施工過(guò)程中各項(xiàng)參數(shù)的控制、調(diào)整尤為重要，筆者認(rèn)為施工質(zhì)量控制主要包括以下3點(diǎn)。

1）拋填高度和水平進(jìn)尺長(zhǎng)度控制 每次爆前需要對(duì)拋填高度和水平進(jìn)尺長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，并運(yùn)用體積平衡法計(jì)算石料拋填方量與設(shè)計(jì)斷面需求方量是否吻合，石料拋填方量應(yīng)大于設(shè)計(jì)斷面需求方量。

2）單孔藥量和布藥深度控制 藥量過(guò)大將產(chǎn)生資源浪費(fèi)并增大作業(yè)危險(xiǎn)性，藥量和布藥深度不足將使石料落底深度和寬度無(wú)法滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，應(yīng)嚴(yán)格按照爆破方案設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行單孔藥量和布藥深度控制。

3）及時(shí)清淤 爆破擠淤填石作業(yè)使得擠出的淤泥向堤頭前進(jìn)方向不斷累計(jì)，將嚴(yán)重影響下次爆破作業(yè)質(zhì)量，所以爆后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行清淤以保障下次作業(yè)效果。當(dāng)清淤速度不滿(mǎn)足爆破作業(yè)頻率要求時(shí)，應(yīng)根據(jù)淤泥包厚度及時(shí)調(diào)整設(shè)計(jì)參數(shù)，適當(dāng)增加炸藥量。

7 結(jié)語(yǔ)

大魚(yú)山北部成陸工程圍堤施工采用爆破擠淤填石技術(shù)工藝簡(jiǎn)單、成本低廉、作業(yè)高效，在防波堤工程軟基處理中具有良好的應(yīng)用，對(duì)于處理深厚淤泥地基具有明顯的優(yōu)越性。