鄭允磊，譚劍波

（1.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461；2.中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071）

0 引言

青島港引堤工程全長(zhǎng)2 408 m，根據(jù)各里程段不同的地質(zhì)條件，選擇不同的基礎(chǔ)處理工藝，其中K0+650 m—K2+100 m 里程段淤泥厚度為5～8.8 m，介于4～25 m 之間，宜采用爆破擠淤填石進(jìn)行軟基處理[1]。由于本工程工期較緊，對(duì)爆破擠淤施工效率要求較高，而常規(guī)的水下鉆孔布藥爆破工藝操作流程較繁瑣，爆破準(zhǔn)備時(shí)間長(zhǎng)，并受堤身施工通道窄、堤頭水流條件復(fù)雜等條件制約。

綜合考慮上述工程特點(diǎn)和難點(diǎn)，采用水下裸露爆破擠淤填石。利用本工程爆破擠淤施工段淤泥厚度較小，水深較大的地質(zhì)條件，直接在水下泥面裸露布藥，大大簡(jiǎn)化爆破擠淤施工工藝，提高施工效率，確保工程進(jìn)度。因裸露爆破擠淤填石的機(jī)理﹑裝藥工藝﹑施工參數(shù)及施工組織都不同于以往的爆破擠淤施工，故在施工中如何對(duì)布藥工藝﹑爆炸參數(shù)﹑施工組織管理進(jìn)行嚴(yán)格的設(shè)計(jì)，確保引堤堤身落底深度和寬度，是本工程爆破擠淤成敗的關(guān)鍵。

1 裸露爆破可行性

本工程爆破擠淤施工段淤泥砂石含量極少，孔隙比1.6～1.7，含水率60%左右，屬于常規(guī)性淤泥，爆破難度較低；泥厚5～8.8 m，淤泥層較淺，于高潮水位爆破時(shí)，水深11～16 m[2]。引堤爆前堤頭拋填頂標(biāo)高為+6 m、底標(biāo)高為-10 m 左右，堤身高，勢(shì)能大，爆炸使淤泥受到強(qiáng)烈擾動(dòng)，強(qiáng)度大大降低，堤頭石料瞬時(shí)塌落，能擠出更多的淤泥。

由爆炸壓力擠掉大部分淤泥，由石料塌落擠掉剩余部分淤泥，在達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的同時(shí)大大提高了爆破效率，保證了工期。

爆破參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，將原泥面以上部分海水視為同等重量不同厚度的淤泥，例如12 m 海水可視為7.5 m 厚淤泥，或6.25 m 厚淤泥加2 m 海水，或5 m 厚淤泥加4 m 海水等等（將淤泥與海水的重度比取為1.6:1），從這個(gè)意義上來(lái)講深水淺層淤泥水下裸露爆破可等效的視為淺水深厚淤泥水下鉆孔爆破。

舉例說(shuō)明：爆破處理泥厚為6 m，水深為12 m。

1）假定將泥面以上部分海水視為同等重量不同厚度的淤泥后，若覆蓋水深Hw＜2，藥包埋深h應(yīng)滿足以下條件：

h=（h+6）×0.5；12-1.6h＜2；求得 h 不存在。

2）假定將泥面以上部分海水視為同等重量不同厚度的淤泥后，若覆蓋水深2≤Hw≤4，藥包埋深h 應(yīng)滿足以下條件[3]：

h=（h+6）×0.45；2≤12-1.6h≤4；求得 h 不存在。

3）假定將泥面以上部分海水視為同等重量不同厚度的淤泥后，若覆蓋水深Hw＞4，海水折算淤泥厚度為7.5 m；

藥包埋深h = 7.425 m；

即藥包位于原泥面上0.075 m 處，因此把藥包擱置于泥面上，將深水淺層淤泥水下裸露爆破等效視為淺水深厚淤泥水下鉆孔爆破。

2 爆破擠淤填石原理

基于上節(jié)的理論支持，深水淺層裸露爆破擠淤原理與常規(guī)鉆孔埋入爆破擠淤原理基本相同：先對(duì)堤身實(shí)施陸路拋填，當(dāng)達(dá)到爆填進(jìn)尺時(shí)，開(kāi)始爆填作業(yè)。將藥包放置于堤身前方泥石結(jié)合點(diǎn)外一定距離內(nèi)的泥面之上，采用導(dǎo)爆索傳爆網(wǎng)絡(luò)，陸上起爆。爆炸動(dòng)能將淤泥排開(kāi)，形成爆坑，同時(shí)爆炸使淤泥受到強(qiáng)烈擾動(dòng)，強(qiáng)度大大降低，堤頭石料在瞬時(shí)內(nèi)塌落，并沿淤泥強(qiáng)度小的方向滑移。經(jīng)過(guò)爆炸和振動(dòng)，石料落到持力層上，完成了石料對(duì)淤泥的置換。重復(fù)進(jìn)行上述的“拋填—爆炸”循環(huán)施工作業(yè)直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求。在施工過(guò)程中，用體積平衡法估算石方落底情況，并分別用探地雷達(dá)法和及鉆孔探摸法進(jìn)行檢測(cè)。原理示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 原理示意圖Fig.1 Principle diagram

3 工藝流程及施工要點(diǎn)

3.1 工藝流程

工藝流程圖[4]見(jiàn)圖2。

圖2 工藝流程圖Fig.2 Process flow diagram

3.2 施工要點(diǎn)

本工程爆破擠淤施工要點(diǎn)是布藥。施工中采用陸上機(jī)械實(shí)施水下布藥，裝藥機(jī)具主要由1 臺(tái)履帶吊、1 根鋼梁、1 卷細(xì)長(zhǎng)鋼絲、若干插銷(xiāo)組成。經(jīng)計(jì)算，在2.5 t 吊重下，50 t 履帶吊最大臂展為26 m，能滿足布藥點(diǎn)最大距離要求。

布藥時(shí)先將浮漂（礦泉水瓶或泡沫）和藥包用鐵絲圓環(huán)系綁，穿于插銷(xiāo)上，再將插銷(xiāo)插入鋼梁的預(yù)留插銷(xiāo)孔上（預(yù)留插銷(xiāo)孔間距按藥包放置間距排列），通過(guò)細(xì)長(zhǎng)鋼絲繩將插銷(xiāo)串聯(lián)在一起，然后履帶吊車(chē)行至指定位置，提升鋼梁旋轉(zhuǎn)吊臂使鋼梁位于藥包布設(shè)位置正上方，后下發(fā)鋼梁至原泥面由技術(shù)工拉動(dòng)串聯(lián)插銷(xiāo)的鋼絲繩，使插銷(xiāo)與鋼梁分離，浮漂上浮以確定藥包脫落。提起鋼梁進(jìn)行下一循環(huán)作業(yè)，布藥時(shí)間一般選取在漲潮及高平潮階段，避免在落潮時(shí)潮水對(duì)堤心石的牽動(dòng)作用使堤頭石料滑動(dòng)下陷，以保證布藥作業(yè)的安全。布藥示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 布藥示意圖Fig.3 Schematic diagram of drug distribution

4 施工參數(shù)的確定

按照規(guī)范要求，綜合考慮各種影響爆破效果的可能因素，通過(guò)典型施工，對(duì)深水淺層淤泥水下裸露爆破擠淤施工工藝的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)、確認(rèn)。

4.1 拋填參數(shù)

堤心石推填頂標(biāo)高為+5.5 m，為增加堤頭拋石體動(dòng)力慣性，使堤頭拋石體在爆炸荷載的作用下沉降加大，堤頭采取超高拋填，施工時(shí)按高程+6.0 m 控制。

進(jìn)尺LH（堤頭一次拋填推進(jìn)的水平距離）：Hm為 4～10 m 時(shí)，LH取 5～6 m。

拋填寬度：指堤頭拋填的頂部寬度，為13 m。

4.2 藥包間距、個(gè)數(shù)

根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)取藥包間距：a=4 m；布藥長(zhǎng)度取為L(zhǎng)L=20 m。

藥包個(gè)數(shù)：m=LL/a+1=6 個(gè)。

4.3 一次爆破排淤填石藥量計(jì)算

根據(jù)計(jì)算和經(jīng)驗(yàn)取值：一次爆破排淤填石藥量Q=658 kg。

每個(gè)藥包的藥量Q1= Q/m=110 kg。

4.4 堤外側(cè)爆夯參數(shù)

堤身側(cè)爆按爆破夯實(shí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況堤身坡腳處標(biāo)高平均超出設(shè)計(jì)標(biāo)高2 m，即爆破夯實(shí)后石層頂面平均沉降量ΔH 為2 m。

布藥位置距堤軸線28～30 m（距離堤側(cè)底腳線3 m 左右），平行于堤軸線一字布藥，藥包直接放在水下坡腳石面上。

由公式計(jì)算得出單藥包重量q2=30 kg；每炮藥包數(shù)量為30～60 個(gè)。

防波堤外側(cè)爆夯火工品用量約為：乳化炸藥20 t，導(dǎo)爆索1 萬(wàn)m，雷管30 發(fā)。

5 質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果

按設(shè)計(jì)要求，本工程選用了探地雷達(dá)法、鉆孔探摸法及沉降觀測(cè)方法來(lái)檢驗(yàn)裸露爆破擠淤填石施工效果[5]。

5.1 探地雷達(dá)法檢測(cè)

通過(guò)彈性波在堤心石中的傳播速度測(cè)定堤身的落地情況，按規(guī)范要求對(duì)K0+750 m、K0+800 m、K0+850 m、K0+900 m 里程點(diǎn)進(jìn)行了雷達(dá)波測(cè)試，共完成測(cè)試點(diǎn)4 點(diǎn)。

探地雷達(dá)檢測(cè)結(jié)果表明：各測(cè)點(diǎn)爆破擠淤后碎石體底界面埋深在20.79～21.32 m 之間，墩體平均剪切波速度大于250.0 m/s，堤心石落底深度達(dá)到設(shè)計(jì)要求（19～30 m），而且拋石層底面與下臥層頂面之間銜接良好，未見(jiàn)沙泥層（團(tuán)）現(xiàn)象，由此可見(jiàn)全堤爆破擠淤施工質(zhì)量良好[6]，滿足設(shè)計(jì)要求。

5.2 鉆孔探摸法檢測(cè)

在堤頂上鉆孔是檢驗(yàn)爆破擠淤拋石體落底的最直接有效的方法。依規(guī)范要求，每500 m 一個(gè)斷面，每斷面布置3 個(gè)鉆孔。根據(jù)鉆探取得的成果資料，堤心石回填層厚度為19.00～22.70 m，平均為21.09 m，填石置換層底面和下臥地基層頂面之間的混合層厚度最大約0.9 m，不大于1 m，堤身落底情況好[7]，滿足了設(shè)計(jì)與規(guī)范的要求。

5.3 沉降觀測(cè)

沉降觀測(cè)主要針對(duì)拋石體下臥土層可能產(chǎn)生的變形，是爆破擠淤檢測(cè)的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。通過(guò)對(duì)引堤沉降觀測(cè)資料分析，引堤月累積沉降曲線呈逐漸變緩的趨勢(shì)，可以判定堤身是穩(wěn)定的[8]。

6 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)青島港董家口港區(qū)西防波堤施工引堤工程基礎(chǔ)處理，在進(jìn)行水下裸露爆破擠淤施工方面的嘗試獲得了成功，主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)為：

1）改進(jìn)了施工工藝，各項(xiàng)操作簡(jiǎn)易化，尤其是水下裸露爆破避免了水上鉆孔布藥這一環(huán)節(jié)，提高了工作效率，并在一定程度上降低了爆破成本。

2）采用陸上裝藥，不需要大型施工機(jī)具和船舶，不受風(fēng)浪、涌浪的影響，具有施工工藝簡(jiǎn)單、施工速度快、后期沉降小、整體穩(wěn)定性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

3）在高潮時(shí)進(jìn)行爆破，既增加了擠淤量，又保證了在布藥時(shí)的人員機(jī)械安全，同時(shí)減小了爆破震動(dòng)對(duì)周?chē)h(huán)境的影響，降低了淤泥對(duì)周?chē)h(huán)境的污染。

4）采用探底雷達(dá)法對(duì)進(jìn)行爆破擠淤效果進(jìn)行檢測(cè)，多方位分析施工結(jié)果。

深水淺層水下裸露爆破擠淤填石技術(shù)在本工程中的成功應(yīng)用，表明了采用水下裸露爆破在深水淺層爆破擠淤填石技術(shù)上是可行的，施工中所采用的方法和參數(shù)基本合理。本工程爆破擠淤的成功實(shí)施為今后類(lèi)似工程施工提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。