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残月寒星

防波堤基础的爆炸处理方法及应用

1工程概况
1．1概况
    玉环坎门防波堤工程堤轴线总长度1864.9 m,其中口门长216.9 m，东堤长630 m，西堤长1000 m．堤顶标高▽8.5 m(黄海标高,下同),挡浪墙顶标高▽10.0 m,泥面标高▽-7.0～8.0 m．防波堤横断面结构如图1所示．

                               
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1．2地质情况
    本工程的地貌为台州湾-沙涅港低山丘陵河口堆积平原区及东清湾低山丘陵海湾岛屿亚区．周围山体岩性属侏罗系统上黄尖组b段（J3nb）的青灰、紫灰色块状流纹质晶屑熔结凝灰岩夹英安质晶屑熔结凝灰岩、流纹质晶屑凝灰岩．第四系土层多为全系统滨海相淤积土层（mQ4b），各土层主要物理力学指标见表1．?
1．3工程特点
    (1) 台风影响突出平均每年受台风影响6～7次，严重受灾为平均每年1.7次．并且渔港港区波浪高，据统计，50年一遇的为0.01Hmax=7.25 m，0.05Hmax=6.23 m，0.13Hmax=5.40m，由此决定了防波堤高度，且结构处理难度大．

                               
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(2) 潮差大实测最大潮差7.02 m，年平均潮差4.05 m，加上来往渔船数量较多，增加了工程施工的难度．
    (3) 地质条件差港区淤泥层最大厚度达17 m，一般13～15 m，加上淤泥层粉质粘土，最大软粘土厚度达21.0 m，地基强度指标又低．故整个堤基工程地质条件比较差，不宜直接作堤坝的天然地基．
    (4) 海水中泥沙含量偏高各布置方案的泥沙淤积在20 cm以上，使防波堤工程的方案选择余地减少，布局及结构设计难度增大，工程造价因而偏高．
    为了适应大水深、大厚度淤泥、大底宽堤身、强台风等特点，本工程采用爆炸法处理地基的方法，取得了预期的效果．仅以东堤为例介绍如下．
2爆炸处理地基方法
2．1理论和方法
    爆炸法处理地基是近年兴起的一种新的地基处理技术，它利用炸药爆破释放的能量，通过置换、密实、搬移等手段，达到改良地基承载性能和形成堤坝型体的一种方法．主要分为爆破排淤填石法和爆破振夯密实法．爆破排淤填石法（简称爆填）是排除淤泥质软土填入块石的一种置换方法[1]．即在抛石体前沿淤泥中适当位置埋置药包，堆石体在爆炸冲击波、爆炸高压气团及其重力作用下向淤泥内塌落，形成一定范围和厚度的落在下卧硬土层上的石舌”，如图2所示．爆破振夯密实法（简称爆夯）是通过爆炸使块石或砾石地基基础振动密实的方法[2]，即将炸药以点阵式放置在已堆好的堆石体上．堆石体在爆炸载荷作用下，一方面石块之间引起错位使空隙减少，得到密实；另一方面整个堆石体向淤泥中运动，将淤泥从堆石体外泥面挤出，并成型为设计要求的坝体形状．

                               
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2．1．1堤端推进爆填
    要求：本工程以堤顶挡浪墙混凝土内边线为堤横截面的轴线，形成堤顶高程▽-6.0 m，堤顶港轴线内侧宽16.5 m,港外侧宽13.5 m,堤顶总宽30 m;填石底标高达设计标高(-16.07～20.71 m);两侧边坡为自然边坡(约1∶1);落底底宽40 m．以堆料－埋药－爆填－填料为一个循环，周而复始向堤中端推进．
    推料：为保证爆填效果，每次爆破前堤头应超高抛填，超填范围为堤顶全宽，长度6m，高度为自卸汽车卸石的自然高度．
    埋药：如图2、图3（a）所示，用爆破挤淤作业船[3]把炸药包埋入设定的位置．
    爆填：通过爆炸，炸药释放了巨大能量，把药包周围的淤泥排挤出去，预先堆放的石料填入空腔位置．爆填后的断面图形如图3（b）实线部分，然后继续推进堆料．

                               
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2．1．2边坡拓宽爆填
    当堤端推进50 m后,可进行边坡拓宽爆填,并以50 m为堤端和边坡爆填的正常施工面控制距离．边坡拓宽爆填应内外边坡对应同时施工．
    边坡爆填后，形成堤顶高程?5.0 m，轴线内宽8.9 m,轴线外宽4.6 m，总宽13.5 m，边坡约1∶1.5，堤顶两坡脚抛石底面落至设计标高,断面如图3(b)所示．
    边坡爆填完成一循环作业，即填平堤顶，保证施工道路通畅．?
2．1．3加抛密实爆夯
    为弥补内外坡坡脚抛填范围的不足，采用液压开底驳在水上定位加抛块石补足方量，并采用爆夯挤淤，使加抛块石与爆填石料接合．由于经爆填扰动的淤泥强度已大大降低，故很容易挤净淤泥，不会造成两次抛填石料间的淤泥夹层．
    经本次处理后，内外坡脚二级平台形成符合设计要求的各部尺度及深度．
2．1．4边坡整理爆夯
    根据设计断面的要求，对边坡进行边坡整理爆夯．通过爆夯，一方面使边坡密实，减少沉降位移量；另一方面，坡比更接近于设计断面，减少人工理坡的工程量．
    为加强工程质量，在内外坡一级平台位置进行爆夯，并初步形成轮廓断面，形成平台及堤心断面．本次爆夯与上述水上加抛爆夯应同时进行，断面图如图3(c)所示．
    爆填爆夯后，应基本完成堤心断面．内外坡脚平台形成符合设计要求的各部尺度及深度，再经一段时间的沉降后堤坝趋于稳定，可继续加荷填筑．
2．2药量的计算[1]?
2．2．1爆填法
    线药量按式(1)和式(2)计算．

                               
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式中qL——线药量，即单位布药长度上分布的药量（kgm）；
    q0——爆破排淤填石单耗，即爆除单位体积淤泥所需的药量（kg/m3）；
    LH——爆破排淤填石一次推进的水平距离（m）；
    Hmw——计入覆盖水深的折算淤泥厚度（m）；
    Hm——置换淤泥厚度(),含淤泥包隆起高度；
    rm——淤泥重度（KN/m3）；
    rw——水重度（KNm3）；
    Hw——覆盖水深即泥面以上的水深．
    一次爆破排淤填石药量按式（3）计算

                               
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式中Q1——一次爆破排淤填石药量（kg）；
    LL——爆破排淤填石一次的布药线长度(m)．
    单孔药量按式（4）和式（5）计算

                               
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式中q1——单孔药量，如为单药包孔位，则为单药包药量q2（kg）；
     m——一次布药孔数；
    a——药包间距．
2．2．2爆夯法
    单药包药量q2按式（6）和式（7）计算

                               
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式中qo——爆破夯实单耗,指爆破压缩单位体积所需的药量（kgm3）；
    a、b——药包间距、排距（m）；
    H——爆破夯实前石层平均厚度(m)；
    ΔH——爆破夯实后石层顶面平均沉降量(m)；
    η——夯实率；
    n——爆破夯实次数\$．
2．2．3工程实际爆破参数见表2、表3．

                               
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2．3炸药的埋设
    爆填药包埋深按如下公式计算：

                               
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药包的埋设采用爆破挤淤作业船进行施工[3]，边坡爆填的药包设计埋深均高于泥面标高，故边坡爆填药包的实际泥下埋深均取为0．
2．4施工注意事项
    (1) 宜在低潮位时布药,以提高布药的准确性,节省船只费用;在高潮位时起爆,可充分利用炸药的能量,而且起爆时有水覆盖,可减少飞石危害．
    (2) 平面上分区段爆夯时，相邻两次爆夯的药包应重复布置在同一断面上以保证搭接段的夯实效果．
    (3) 在施工期应安排适量的沉降位移观测，并及时掌握施工期的沉降位移规律．
    (4) 药包应做好防水措施，布药后应抓紧引爆，以提高准爆率．爆破中，每次准爆率应不低于90%，小于60%应补爆一次，60%至90%之间应局部补爆．
    (5) 施工中宜对称进行，以保持堤坝的平衡稳定．
    (6) 起爆前应对来往船只、水下泳者要按规定安全距离清场．
3效果
3．1爆破前后的断面比较
    图4（a）为堤端推进爆填前后横断面图；图4（b）为堤端推进爆填前后纵断面图；图5为边坡拓宽爆填前后断面图；图6为加抛密实爆夯前后断面图；图7为边坡整理爆夯前后断面图．

                               
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3．2质量检验
    本工程爆填、爆夯后,通过探地雷达法和钻孔探模法进行探测分析,结果说明防波堤的地基处理的尺寸和指标均达到设计要求．?
3．3沉移观测
    在防波堤施工过程中，在异型块体处设立了14个沉降观察点，12个位移观察点；在内戗台处设立了11个沉降观察点，11个位移观察点．经一年左右观察，具体分析如下．?
3．3．1垂直沉降观察
    各点的沉降量见图8、图9．

                               
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3．3．2水平位移观察
    从1999年8月15日～2001年5月15日，对异型块体和内戗台设置的几个位移点，每隔三个月观察一次，累计位移如图10、图11．其累计位移量均在预定范围内．从时间轴线看，以最大位移点0+250点为例，画出位移量曲线如图12．随着时间的推进，位移量逐渐减少，说明堤坝趋于静止．

                               
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4讨论
4.1爆炸前后断面变化特点和效果
    从众多断面图中比较可见，爆炸前后断面曲线具有沉降、坍塌和削凸填凹的特点．爆后的堤顶均比爆前低，说明爆填效果是明显的，爆夯的密实作用也是肯定的，边坡整理爆夯也是可行的．只要严格按照规范要求施工，完全能达到预期要求．?
4.2沉移特点和比较
    经过观察，堤端沉移较小，中间沉移稍大．原因为顺着堤端而下，岩基渐深，软弱土层渐厚．从时间上看，开始沉移较大，以后沉移逐渐减小，竣工前期防波堤已趋向稳定．
4.3泥石相间夹层的担忧
    在抛石体经爆填向淤泥内塌落，形成落在硬土层上的“石舌”后，继续抛填时，由于石舌上部的淤泥是经过爆炸抛掷扰动后回落的，强度降低，块石可以很容易的挤开并与下层石舌形成无淤泥夹层的完整抛石体．但是泥土的强度静置后又能恢复，因此，在施工中，爆填－填料工序不能有长时间的间隔．本工程经探地雷达法和钻孔探模法进行探测分析，未发现泥石相间夹层的情况．?
4.4爆炸法处理水下地基的优点
    （1）节约费用，经济效益显著；（2）施工周期相对较短，节约时间；（3）排淤填石、置换淤泥质地基，夯实效果好，位移和沉降在预定范围内；（4）施工工艺简单，质量容易保证．?
5结论
    采用爆炸法处理防波堤水下地基,能够比较彻底的置换淤泥层,夯实堆石体,形成符合设计要求的各部位尺寸及深度，快速完成地基处理，减少日后的不均匀沉移，竣工后防浪堤稳定．

参考文献：

[1] JTJT258-98.爆炸法处理水下地基和基础技术规程[S].1998.
[2] 陶松垒,李祖兴,张子和,等.爆炸夯实法处理海堤抛石基床[J].爆破器材.1999,(6):24-30.
[3] 陶松垒,张志建.爆破挤淤作业船[J].工程机械.1998，(8):4-5.

乖乖猫

太好了，最近正找这样的文章呢。请问是在哪里找的啊？