楊 峰，劉 莉，李瀚軒

(1.大連空港建設發(fā)展有限公司，遼寧 大連 116000；2.大連市市政研究院有限公司，遼寧 大連 116000；3.中交水運規(guī)劃設計院有限公司，北京 100007)

1 概述

1.1 工程概況

依托大連某項目西斜坡護岸工程，該工程位于大連金州灣中部至灣底，工程位置見圖1。

護岸工程設計方案[1]為：先期通過陸上推進的方式直接回填開山石形成45 m圍堰，形成臨時護岸；后期進行海側15 m的堤心爆破擠淤，處理土層為表層的淤泥層，厚度約9～16 m，該土層具有高含水量、高壓縮性、高靈敏性特點，工程性質極差，其下分布厚約9～13 m硬塑黏土層，工程性質較好，爆破擠淤形成的永久護岸堤身坐落在該黏土層上。西斜坡護岸典型斷面見圖2。

圖1 工程位置

圖2 西斜坡護岸典型斷面(單位：m)

1.2 傳統(tǒng)拋石爆炸擠淤技術

傳統(tǒng)爆破擠淤技術始于20世紀30年代，60年代引入我國。該技術以淤泥、混合石料為對象，通過爆破的方法清除淤泥，實現(xiàn)石料置換基底淤泥，達到改良軟土地基的目的。爆破擠淤技術常用于防波堤、護岸、沿海貯灰圍場、大型沉箱碼頭等工程的軟基處理，是一項成熟且不斷發(fā)展完善的技術。該技術存在如下缺點：所需石料較多；爆破次生危害不可避免；質量控制方法及標準尚不完善；爆破后內外側淤泥包的清理及堤身理坡工作量較大。

JTS 204—2008《水運工程爆破技術規(guī)范》[2]對爆破擠淤填石技術進行了詳細規(guī)定，發(fā)布距今已有十余年，期間隨著工程實踐的推進，對爆破擠淤置換機理認識逐漸加深，新的施工方法不斷涌現(xiàn)，規(guī)范中某些原有的取值方式不能很好地滿足現(xiàn)有工程施工要求，如處理深度和施工參數等。傳統(tǒng)爆炸擠淤斷面見圖3。

圖3 傳統(tǒng)爆炸擠淤斷面

1.3 全側向爆破擠淤快速筑堤技術

常規(guī)的爆破排淤填石法形成拋石堤施工程序一般要經過端部推進排淤、側爆拓寬排淤落底、爆夯形成平臺及堤心斷面等3個過程，在實際施工過程中，由于該法需先進行端爆施工以清除堤身以下淤泥，再拋填形成堤身，最終進行多循環(huán)側爆施工形成護岸，爆破和回填的作業(yè)量大，工程推進相對緩慢[3]。

在分析常規(guī)爆破擠淤設計和施工方法的基礎上發(fā)現(xiàn)，堤身的穩(wěn)定性主要與護岸前部地基承載力相關，根據對邊坡穩(wěn)定性的影響因素分析可知，其坡前穩(wěn)定性主要與邊坡前部一定深度以下土體的穩(wěn)定性有關，影響其抗滑力的主要因素是滑弧面上土體的強度性質，即只要堤壩本身的滑動穩(wěn)定性能滿足要求，堤壩后方的淤泥未必需要全部清理掉，在護岸后方的拋填層后仍然可以保留一定厚度的淤泥層[4]。在該思想的指導下，提出“全側向爆破擠淤快速筑堤技術”這一全新的筑堤設計和施工思路，主要工序為：拋填形成臨時護岸——全側向爆破擠淤排石拓寬堤身——爆擠堤腳落底。該技術可以極大減少爆破作業(yè)的次數，提高施工效率，取得良好的經濟效益。

2 適用范圍

2.1 設計工況

該工程西斜坡護岸形成過程中，包含以下3種關鍵工況：

1)直接回填45 m護岸堤心形成臨時護岸過程中，由于直接回填堤心無法控制堤心落底深度，需進行施工工況穩(wěn)定性驗算，取設計低水位，施工均載5 kPa。

2)全側向爆破擠淤推進過程中，選取推進5、10 m兩種情況進行驗算，取設計低水位，施工均載5 kPa。

3)堤角落底后形成最終斷面，取最終堤壩堤腳落底后的最終斷面形式，荷載考慮短暫組合和持久組合進行設計計算。

2.2 整體穩(wěn)定性分析

針對上述3種典型設計工況，利用《港口工程地基計算系統(tǒng)(2008版)》分別對西護岸4個典型斷面(西2+000、西3+250、西3+497、西4+500)進行全側向爆破擠淤方案整體穩(wěn)定性分析，均布荷載20 kPa，施工荷載5 kPa，垂直地震系數0.319，水平地震系數0.210。材料參數見表1，典型斷面整體穩(wěn)定系數計算結果見表2。

表1 材料參數

表2 典型斷面整體穩(wěn)定系數計算結果

綜合4個典型斷面3種不同工況下的計算結果，驗證了影響全側向爆破擠淤方案整體穩(wěn)定性的主要因素為滑弧面上土體的強度性質，如在直填堤心下保留一定厚度的淤泥層，整體穩(wěn)定性計算結果可滿足現(xiàn)行設計規(guī)范要求。

2.3 全側向爆破擠淤快速筑堤技術適用范圍

經工程實踐結合上述理論分析，全側向爆破擠淤技術針對堤壩寬度30 m以上斷面尺度、堤壩下臥淤泥土層厚度5～18 m較為合適，淤泥質土一般要求孔隙比在1.0～1.5，土體含水率要求不小于土體液限指數。通過現(xiàn)場鉆孔檢測分析，處理10～15 m淤泥厚度效果最佳。

3 施工參數優(yōu)化試驗

3.1 優(yōu)化研究方向

全側向爆破擠淤與常規(guī)爆炸排淤填石筑堤施工的根本性區(qū)別在于不進行端爆施工，只進行側爆拓寬，排淤方向少，施工迅速，成堤速度快[5-6]。本次試驗段施工主要針對拋填推進參數、爆破藥量參數及插藥深度等方面進行試驗優(yōu)化。根據現(xiàn)場地質情況，共選取4個典型代表段落進行試驗性施工，分別為西1+800—西1+900、西3+150—西3+200、西4+872—西4+972、西5+240—西5+340。采用鉆孔探摸法檢驗側爆后施工斷面是否達到設計要求。上部拋石層采用回轉鉆進工藝；進入塊石混淤泥層后，采用無水鉆進工藝。

3.2 施工試驗過程

3.2.1西5+240—西5+340試驗段

根據規(guī)范及相關數模分析結果確定首次側爆參數[7]，見表3。試驗段施工完成后，檢測結果顯示，各個鉆孔檢測結果均符合設計要求，且塊石混淤泥層厚度遠遠小于設計圖紙要求，根據西5+240—西5+290段鉆探結果及獲取的芯樣分析，總結得出爆炸擠淤的單孔藥量偏大、成本較高[8]。下一試驗段考慮以減小炸藥單耗值降低全側向爆炸擠淤的單孔藥量。堤身側爆斷面及藥包排布見圖4、5。

表3 各試驗段側爆爆炸參數

圖4 堤身首次側爆斷面(單位：m)

圖5 第1試驗段堤身側爆推進藥包排布(單位：m)

3.2.2西4+872—西4+972試驗段

在第1試驗段基礎上，進行西4+872—西4+972段試驗施工，藥包間距調整為2 m，單藥包質量調整為36 kg，埋深-11 m，參數見表3。第2段試驗段施工完成后，檢測結果顯示，各個鉆孔檢測結果均符合設計要求。

3.2.3西3+150—西3+200試驗段

由于第1、2試驗段總施工時間較長，進度較慢，決定在第3段試驗段施工中，適當放大布藥間距，現(xiàn)場單次推填步距最大取5 m，布藥間距取4 m。參數見表3。檢測結果顯示，3個鉆孔中，僅與臨時護岸相鄰孔位混合層厚度符合設計要求，其余2孔混合層厚度大于1 m，不符合設計要求。分析第3試驗段檢測結果，布藥間距4 m使藥量過于集中，加之布藥偏位，致使爆炸形成的空腔不連續(xù)、不均勻，導致爆炸未能實現(xiàn)試驗目標，決定對本次施工的永久護岸區(qū)域進行挖除返工。

3.2.4西1+800—西1+900試驗段

總結第3試驗段經驗，現(xiàn)場單次推填步距最大取5 m，布藥按3 m間距進行組織施工，參數見表3。檢測結果顯示，第4試驗段鉆孔檢測結果均符合設計要求。

3.3 小結

試驗段施工結果驗證了全側向爆炸擠淤筑堤方案是可行的，通過多次試驗參數比選，最終選取0.23 kg/m3單耗藥量、5 m/次推填步距、靠近堤身1～2 m進行鉆孔裝藥作業(yè)、藥包埋設高程距淤泥底1/3厚度位置作為大范圍施工參數。該施工工藝能夠確保達到設計及規(guī)范要求的堤身落底寬度、深度及外形輪廓線。

4 結論

1)全側向爆破擠淤技術適合堤壩寬度30 m以上斷面尺度，堤壩下臥淤泥土層厚度5～18 m較為合適，淤泥質土要求孔隙比在1.0～1.5，土體含水率要求不小于土體液限指數。通過現(xiàn)場鉆孔檢測分析，處理10～15 m淤泥厚度效果最佳。

2)突破了規(guī)范要求的爆破擠淤最低單耗限值0.30 kg/m3。根據施工試驗段鉆探結果及獲取的芯樣分析，以減小炸藥單耗值來降低全側向爆炸擠淤的單孔藥量，爆除單位體積淤泥所需的藥量可調整為0.23 kg/m3。

3)突破了規(guī)范要求的爆破擠淤藥包埋入深度限值0.55Hmw(計入覆蓋水深的折算淤泥厚度)。按照5 m/次推填步距，靠近堤身1～2 m進行鉆孔裝藥作業(yè)，藥包埋設高度可達到距淤泥底1/3厚度位置。

4)全側向爆破擠淤快速筑堤技術對加快圍堤、填海施工速度，降低工程投資，對施工參數的優(yōu)化和突破亦可為后續(xù)相關工程提供借鑒。