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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流开挖与爆破技术在深厚淤泥地基中的应用研究.精品文档.开挖与爆破技术在深厚淤泥地基中结合应用的研究 王卫东1 宋兵2摘要：爆破挤淤法处理软土地基作为一项成熟的施工技术，具有施工简单、软土处理充分、施工速度快、工程造价低等特点，针对软土的土性，爆破法一般存在着处理深度的容许限度，超过此容许深度值，爆破落底的效果将难以达到要求。本文以连云港25万吨级矿石码头工程为例，通过对驳岸采用开挖与爆破挤淤相结合的工艺，并对驳岸工后进行钻孔检测和位移监测，确定了开挖和爆破技术在深厚淤泥地基中结合应用的可行性，可为类似工程的设计和施工提供参考。关键词：开挖，爆破
2、挤淤，施工工艺中国分类号： 文献标志码： 文章编号： 英文摘要1 概述爆破挤淤法是利用炸药爆炸的力量将石料置换淤泥的动力地基加固法，适合在高滩面通过陆上抛石和爆破推进形成堤身，一般先进行堤头爆填，每次爆破循环推进68m，使堤身落底，然后进行两侧爆填，使坡脚充分落底。该法特别适合于码头区驳岸及围堰的地基处理，优点是能较好的结合后续码头结构建设，码头基槽开挖时可部分或全部清除爆破抛石堤前的淤泥，爆破法施工不需清淤挖泥，不需大型施工机械和复杂的施工技术，施工速度快、投资省、见效快，软基处理深度一般可达到1015m。爆破挤淤法最早在连云港西大堤工程中得到成功应用，该工法是基于土力学与爆炸力学的基本理论
3、，得出了能反映布药参数与淤泥参数的用药量公式，结合现场试验，得到了陆上爆破挤淤法的施工工艺和检测方法，大量检测结果表明，爆破挤淤技术可以满足特殊条件下软基处理要求，但鉴于当时的技术水平和施工能力，爆破处理软土厚度一般在10m以内。随着软土处理技术的发展，爆破法处理软土的厚度也逐步增大，目前已可成功解决平均20m、最深达到30m厚的软土爆破挤淤技术。另一方面，厚度的不断增加，也影响到了爆破挤淤的落底效果和落底宽度，当软土厚度在1015m以内时，爆破法要求围堰横断面落底宽度为不小于0.8倍堤底宽度B，其中堤中落地宽度为0.4B，内外坡为0.2B，经爆破后堤底残留混合层厚度1.0m，形成如下的典型断
4、面： 图1 淤泥厚度1015m爆破典型断面图而当淤泥厚度超过20m，爆破挤淤后的堤身落底将远达不到上述0.8B的要求，泥面下的堤身形状呈明显的倒梯形，堤身落底宽度约为0.50.6B，经爆破后堤底残留混合层厚度2.03.0m左右。图2 淤泥厚度大于20m爆破典型断面图上述二种断面的驳岸当与码头结构相接时，其应用情况有很大的不同，考虑到码头区作为停靠船的专用区，按停泊水深一般需进行开挖，当驳岸爆破后的二侧坡脚全部落底（图1），码头前沿开挖对驳岸的稳定基本无影响；而当驳岸爆破后的二侧坡脚基本没有落底（图2），码头开挖往往会导致堤身的滑坡和坍塌。因此，如何在深厚软土地基中实施爆破挤淤形成驳岸，同时通过
5、二次处理手段，确保驳岸前沿坡脚能够落底，和码头区开挖能有效的结合起来，是深厚软基爆破施工的一项新工艺。2 工程情况连云港港位于黄海之滨，25万吨级矿石码头工程位于连云港港旗台港区，码头区驳岸长800m，滩面平均标高为-3.1-2.9m（连云港零点），淤泥底标高平均为-19.0-17.0m，整个陆域平均淤泥厚度为21m，其中驳岸东段淤泥最厚处接近30m。此工程区勘探深度范围内地层为第四系松散堆积物，按其成因时代、成因类型、岩性特征及其物理力学指标从上至下分为4个工程地质层，每一个工程地质层又分为多个亚层，主要软土及软粘土的主要特征描述如下：（其主要物理学特征见表1）-1淤泥：浅灰色，饱和，流塑。
6、该层厚度4.5010.20m，层底标高-10.16-6.20m。-2淤泥：灰色，饱和，流塑。含少量贝壳碎片及少量腐烂植物。揭露厚度4.0513.80m，层顶埋深4.5010.20m，层底标高-23.00-13.55m。-4粘土(软)：灰褐色、灰黄色夹兰灰色，饱和，软塑流塑，揭露厚度1.101.80m，层顶埋深17.0020.50m，层底标高-23.07-21.41m。-3粘土：深灰色，饱和，软塑，局部近水平层理，局部夹粉土薄层，单层厚约0.51.0mm。揭露厚度1.609.10m，层顶埋深26.2034.20m，层底标高-38.27-34.06m。表1 软土及软粘土主要物理力学特征层号所属类型
7、岩土名称天然含水量W天然孔隙比e液性指数IL压缩系数a0.1-0.2压缩模量Es快剪三轴快剪三轴固快200kPa固结系数10-3Cm2/s渗透系数(Kv)10-7cm/s粘粒含量(Mc)0.005%压缩指数(Cc)内聚力Cq内摩擦角q内聚力Cuu内摩擦角uu内聚力Ccu内摩擦角cu%-MPa-1MPakPakPakPa-1软土淤泥69.81.9411.571.851.5950.290.871311.10.378.7862.7-2软土淤泥69.41.9091.292.181.33141.0151.05712.50.270.7873-4软粘土粘土43.41.1820.980.415.32366.2
8、2.11-3软粘土粘土47.71.3070.740.346.79475.5513.3131141.780.7858.40.553 常规爆破法筑堤存在的问题25万吨级矿石码头驳岸如采用常规爆破工艺，即通过堤头爆填法推进形成抛石堤身，将形成图2所示断面，在挖泥以及后方陆域吹填等施工过程中存在诸多不稳定因素。该工程驳岸顶标高为7.5m，码头前沿需挖泥至-21.8m高程，整个边坡高度将达28m左右，并且驳岸轴线所处位置地质条件较差，上部软土厚度近2228m，在-30m高程处还存在一层含水量达49的软粘土层，平均厚度3m7.6m，这些不利条件对码头驳岸的整体稳定性和码头结构是极为不利的，综合爆破挤淤对土
9、体的扰动、前沿卸荷引起土体抗剪强度的降低、回填荷载对土体的剪切作用等不利因素，这些综合因素都将对驳岸的稳定带来较大影响。经理论计算，驳岸单纯采用堤头爆填，堤身落底宽度不够，外坡脚没有落底，稳定安全系数不能满足本工程提出的稳定控制标准，需在原端头爆填的驳岸断面基础上再往海侧侧爆10m，并适当采取反压措施，可使施工期稳定系数大于1.15，堆场使用中靠海侧第一块堆场限载150kpa，堆载边线需离驳岸堤肩60m，侧爆后使用期稳定系数可满足本工程驳岸稳定控制标准，使用期稳定系数大于1.25。4 开挖和爆破工艺的结合应用根据该驳岸的使用特点，本工程爆破采取“堤头爆填+挖泥+两侧爆填，两侧坡脚爆夯”的施工工
10、序。（1）堤头爆填当堤身抛填进尺达到施工组织设计值后，在堤头包络线上布设群药包，实施堤头爆破，使堤身实现挤淤置换。对爆后的堤顶进行补抛并继续向前抛填推进，当堤身达到新的设计进尺后，再次在堤头布设群药包并实施爆破 ，如此“抛填-爆破-抛填”循环进行，直至达到设计堤长。堤头爆填断面如图3。图3 堤头爆填断面示意图（2）挖泥与两侧爆填结合完成堤头爆填后，石料基本落到持力层上，为满足驳岸承受侧向荷载的要求仍需对堤身两侧进行侧爆填，以便加宽堤身和整形，达到设计要求。本文对驳岸外侧采取先挖淤后侧爆的方法进行爆破，即在进行侧爆之前，先将堤身前的淤泥（包括隆起的淤泥包）挖至标高-8m处，然后再进行侧爆。再对爆
11、后的堤外侧进行挖泥（至-14.0m）、补抛，而后再进行侧爆，如此两次侧爆填即可达到设计断面尺寸。驳岸内侧则直接进行两次循环侧爆。挖泥断面示意图和侧爆后断面示意图分别如图4，图5。图4 挖泥断面示意图图5 两次侧爆后断面示意图（3）两侧坡脚爆夯 侧爆处理完成后，对坡脚平台爆夯，确保两侧平台的厚度、密实度和稳定，爆夯示意图如图6所示。图6 爆夯示意图（4）远期形成断面爆夯之后还要对堤身进行补抛、理坡，进行护面工程和堤顶混凝土路面工程等后续工程的施工，最终形成如图7所示断面。图7 远期断面5 驳岸水平变形计算经开挖和爆破结合施工后，驳岸落底宽度大大增加，驳岸前沿还增设了落底抛石反压层，驳岸的整体稳定
12、性已有充足保证。由于驳岸承受施工期后方陆域吹填的水平荷载，以及使用期堆矿和其它工艺机械提供的水平力，随着堤底接地宽度的增加，增强了驳岸的抗水平位移能力，根据图7最终断面，对驳岸水平位移计算如下： (1) 计算采用有限差分法进行计算，土的本构模型采用莫尔-库仑模型，剖面取地质钻探资料中驳岸东侧淤泥较深的剖面，如图8-1所示。计算剖面图 图8-1(2) 变形模量取压缩曲线中200kPa400kPa段的压缩模量推算对应的剪切模量和变形模量，泊松比粘土取0.35，淤泥取0.4。各土层参数如表8-2所示：土体物理力学参数表 表8-2(3) 计算模型如图8-38-4，分别表示初始模型，吹填后模型。初始模型
13、 图8-3吹填后模型 图8-4（4）计算结果分别计算了开挖状态和吹填状态下各剖面的水平位移，图8-5为开挖状态下各剖面的水平位移，图8-6为吹填状态下的水平位移。从图上可看出，单独考虑开挖状态下水平最大位移发生在海侧堤脚处，位移量为40cm，单独考虑吹填状态下堤轴线位置的最大水平位移量为42cm。考虑到驳岸位移较大，对码头和引桥桩基的位移可能产生一定不利的影响，故在码头和引桥桩基设计时应该充分考虑其位移对码头和引桥桩基的影响，并且应注意码头和引桥桩基施工顺序的安排，尽量降低其影响并应加强位移观测，防止堤身位移过大对码头和引桥桩基产生较大不利影响。开挖引起的各剖面水平位移 图8-5 吹填引起的各
14、剖面水平位移 图8-6开挖状态下水平位移等值线图 图8-7吹填状态下水平位移等值线图 图8-86 使用期效果检测 （1）钻孔检测考虑到驳岸爆破断面尺寸的大小以及爆破落底对驳岸的稳定至关重要，现场实际施工的驳岸爆破断面需严格按照设计断面进行，并需对已施工的驳岸进行检测，共布置6个钻孔，3个检测断面，分别位于驳岸西侧、中侧、东侧。每个检测断面的剖面图如图9所示，并将每个钻孔的块石层和残留软弱土分布特征列于表2。图9 各断面钻孔剖面图图中，-3为块石，为淤泥，为粉砂。表2 各个钻孔块石层和残留软弱土分布特征表钻孔号层号岩土名称顶标高(m)底标高(m)备注WT1-3块石2.09-18.86块石基本落底
15、淤泥-18.86-18.86残留淤泥为0mWT2-3块石1.63-18.72块石基本落底淤泥-18.72-18.72残留淤泥为0mWT3-3块石-0.17-15.17块石基本落底淤泥-15.17-15.47残留淤泥0.3mWT4-3块石0.46-14.84块石基本落底淤泥-14.84-15.29残留淤泥0.45mWT5-3块石0.53-16.27块石基本落底淤泥-16.27-16.27残留淤泥0mWT6块石0.72-13.98块石基本落底淤泥-13.98-14.68残留淤泥0.7m结合图9和表2得出此种先挖泥后侧爆的施工工艺使块石基本落底，残留淤泥较少，其中，有三个孔的残留淤泥为0m，其余的几
16、个孔也都在1m以内。爆破断面尺寸满足设计尺寸要求，这对于堤的稳定是十分有利的。（2）沉降位移检测为确保施工期和使用期驳岸的稳定情况，在施工期必须进行地基监测和检测，随时掌握地基的变形和稳定情况，以利于指导和调整施工速率，保证工程质量。本次监测布置沉降观测点和位移观测点分别为9个，根据监测结果分析，堤顶平均产生的沉降量为183mm，平均侧向位移为86.1mm，观测期间最大沉降速率为5mm/d，最大位移速率为3.5mm/d，沉降速率和位移速率均满足设计和规范要求；从而保证了施工期间驳岸的安全性和稳定性。7 结论本工程在深厚软土地基中，采用了先挖淤后侧爆的方法形成驳岸，并通过对驳岸进行钻孔和沉降位移检测，驳岸的落底情况好，沉降位移均满足设计和规范要求，该施工工艺对驳岸的形成及安全稳定性是完全可行的。参考文献1JTJ/T258-98,爆炸法处理水下地基和基础技术规程S.2JTJ250-98港口地基规范S.3马兆荣.爆破挤淤法在防波堤工程地基处理的应用J. 岩土工程勘测,2005,8(4):6-7.4陈希哲.土力学地基基础M.清华大学出版社.1998.