淤泥软基爆炸排水固结法研究

徐瑞宝+章途鑫

摘 要：为解决淤泥软基加固施工时间长、费用高的技术难题。在淤泥层中，将药包埋到下部淤泥层内爆炸，使淤泥中产生超孔隙水压力，破坏淤泥的骨架结构，使淤泥内产生更多的排水通道，加速水的排出，缩短淤泥软基的固结时间，缩短工期，降低工程造价。

关键词：软基 爆炸 排水固结 研究

淤泥是一种多孔介质，含有包括骨架孔隙中的自由水和孔隙表面的吸附水。要提高土体的承载力，必须将土体中的水排出来，而排水的两个必要条件是土体中要产生超孔隙水压力和排水通道。因此，淤泥软基的加固处理一直是工程技术人员关注的难题。目前，工程中通常采用的方法有：第一，插塑料排水板加堆载预压方法，这是淤泥地基加固最早的方法，也是工程中最常用的一种方法。这种方法因堆载材料用量大、费用较高和堆载预压的时间较长等原因，限制了这一方法的大规模使用，特别是对大型工程的使用。第二，插塑料排水板加真空预压方法，这也是目前工程中常采用的一种方法。这种方法在密封的土体内抽真空，相当于在土体表面加压堆载，一般的真空度只能达到80Kpa，对于承载力要求较高的地基，还需要再堆载；同样，一次真空预压加固的范围有限，抽真空的时间也较长，加固费用较高。同时，这种方法是在密封的土体内抽真空，不适应于透气的沙土层相间的软土地基。第三、插塑料排水板加强夯加固方法，这是一种动力固结淤泥软基的方法，这种方法对于含砂量较大的淤泥软基加固效果较好，对于含水量较高的软土地基不适用。

温州地区软土地基大多为淤泥土层，流塑，高压缩性，属海相静水流或缓慢水流环境沉积，具高孔隙率、高含水量、高灵敏度、高触变性、低抗剪强度及排水固结缓慢等特性，工程性质很差，淤泥层厚度大。采用插塑料排水板加堆载预压法，堆载材料用量大、费用较高和堆载预压的时间较长。因此，提出一种新型的淤泥地基动力加固方法—淤泥软基爆炸排水固结法的研究，就是在已插塑料排水板的水平排水垫层表面钻孔到淤泥层中，将药包埋到下部淤泥层内爆炸，再堆载预压。药包爆炸一方面可以使淤泥中产生超孔隙水压力，同时破坏淤泥的骨架结构，使淤泥内产生更多的排水通道，加速水的排出，缩短淤泥软基的固结时间，该技术已经有了比较多的研究基础，可以宿短工期，降低工程成本。

1.研究的背景情况

（1）1990年，中国科学院力学研究所在深圳麻湾电厂厂区进行了10000平米的饱和回填中粗砂基爆炸密实加强夯加固试验，回填砂基厚13-15米，爆炸解决了深层砂的密实问题，达到了中密的要求，强夯解决了表层砂的密实问题。爆炸加强夯解决了整个砂层的密实加固，降低了成本。

（2）1991年，连云港指挥部进行了10000平米的吹填淤泥软基的爆炸排水固结试验，吹填淤泥厚度8米左右，插纸板后在淤泥中爆炸，该试验区达到80-100kpa的要求。

（3）1992年，中国科学院力学研究所针对黄骅港区陆域软基（淤泥和砂）加固，开展了吹填粉细砂的爆炸密实试验。爆炸同样能够密实粉细砂基。

（4）1992年开始，连云港建港指挥部与中国科学院力学研究所共同开展淤泥软基爆炸排水固结的实验和机理研究，在连云港安排了一系列实验，对淤泥中爆炸后土体的动力参数进行了测定和分析，采用两相流的数学模型，数值分析土体中产生超孔隙水压力的原因，取得了一系列的研究成果。

（5）1996年由金缪教授主持，鄭哲敏院士、刘济舟院士、周镜院士等十多位专家学者参加的相关研究成果讨论会，会上几位院士对该领域的工程应用研究方法进行了讨论，希望能够有类似的工程，结合工程再继续研究。

（6）1998年，中国科学院力学研究所在珠海高栏港区安排了爆炸排水固结的现场试验，淤泥面上堆载1米多厚砂层，爆炸排水和自然排水，同段时间内，爆炸排水土体力学指标提高30%以上。

（7）1997-2000年，中国科学院力学研究所项目组完成了国家自然科学基金“淤泥软基爆炸排水固结机理初步分析”。

上述一系列研究取得了比较好的学术成果，但距离工程应用还差一步，主要是多年来一直没有合适的工程应用试验研究条件，独立安排这样的试验，研究经费的限制。目前，温州有大量港口和围垦的软基处理工程，具有该项研究的良好条件，也正是几位院士当时所希望的应用研究背景。

2.研究目的及要求

淤泥软基常规处理方法是堆载预压或真空预压，这种方法需要较长的固结时间周期，一般三个月以上，而且大型施工设备较多，施工成本较高。本试验研究的目的是探讨一种新的淤泥软基加固的方法，即“淤泥软基爆炸排水固结法”，从工程应用的角度出发，总结这种施工方法的爆炸参数、施工工艺、检测方法、加固时间和施工成本，为类似工程的施工方案优化提供参考依据。

软基加固的试验要求：淤泥软基平均固结度达到95%以上，地基承载力特征值不低于150kpa，有效加固深度吹填砂达到中密标准，标准贯入击数大于15击，以满足港区道路与堆场地基承载力的要求。

3.研究内容

围绕这种新方法的施工参数和施工工艺来安排试验内容，试验结束后对新方法的加固效果和经济成本进行综合评价。试验研究的主要内容：

（1）爆炸参数的优化，分区布置不同的爆炸参数，基本确定处理的药量、布置位置和起爆方式。

（2）分层布置药包，延时起爆，达到淤泥软基快速排水。

（3）通过对爆前和爆后土体指标的检测，测定爆炸排水固结的时间和固结效果。

（4）通过对爆炸过程中土体内超孔隙水压力耗散和淤泥层表面及不同深度处的沉降观测，研究爆炸处理和常规处理后土体排水速率。

（5）通过对土层不同深度处的沉降测量，总结不同深度淤泥固结的规律。

（6）通过验证性的对比试验，检验各阶段的试验效果。

（7）在测试数据的基础上，建立土体固结数学模型，数值计算分析爆炸动力固结过程。

（8）建立新方法的施工顺序和施工工艺。

（9）对新方法的施工成本进行分析总结。

4.研究方法

（1）通过选择一块约10000平方米的淤泥厚度15m左右、覆盖砂层厚度5m左右的平整场地的区域内，划分四个试验小区，即A、B、C、D区，并分界立杆做标记。

（2）在四个小区内，按照1.1m×1.1m的间距布置插打塑料排水板。塑料排水板要求打入淤泥层底部，不能漏插。为了保证试验效果，在施工时必须要保证插塑料板的深度，很好的解决插板机上提时塑料板回带的问题.

（3）沉降测量。包括表面沉降测量和分层沉降测量。表面沉降测量方法用全站仪设立固定点，然后用水准仪测量砂层高程。分层沉降测量通过在淤泥中埋设沉降磁环，定期测定磁环的变化，磁环分别埋设于淤泥土层的上、中、下部。

（4）孔隙水测量。孔隙水压力是土体固结的重要参数，测量方法和测量精度直接关系到实验结果的好坏。动孔隙水压力的产生主要是土体的振动引起的，所以主要侧重于爆后动孔隙水的测定。孔隙水的测量方法分两阶段，即爆前埋设一组传感器，孔隙水压力传感器必须要采取避波措施，防止冲击波打坏传感器；爆后再埋设一组传感器。另一种是水位管测量孔隙水压力，这种方法精度不高，但耐抗冲击，可以做为孔隙水压力测量的辅助手段。

（5）装药成孔工艺。由于淤泥层上有5m左右的覆盖砂层，装药比较困难，拟采用地质钻机成孔，套管跟进，清孔后装药，保证药包埋至到要求深度。

（6）药包结构。淤泥爆炸排水所用药量不同于爆破挤淤，选用药量的原则是不能完全破坏土体结构，同时必须使土体能够产生振动，而且没个孔必须有一定的影響范围。拟设计为条形药包，由于淤泥较深，每孔药量以公斤量级计算，并根据淤泥厚度确定每孔内装药层数（2～3层），上下层药之间用砂袋分隔。

（7）爆破网路。每层药包用导爆索串接，每层药包用非电导爆管引爆，孔外用瞬发电雷管起爆；采取单孔或几个孔同时起爆的方式，原则是小药量多次爆破。

（8）部分加载。在一定时间内，如果爆炸排水没有达到预计的效果，或者没有达到工程使用要求，采取部分加载的方法，从而达到地基加固要求。

（9）地基承载力检测。常规方法，是堆载还是荷载板试验，按设计要求，同道堆场地的检验要求一样。

5.几点建议

（1）成立课题研究组，由建设单位牵头，研究、设计和检测等单位参加的联合课题组，对试验的人员、试验安排和试验研究资料成果和经费安排等进行统一管理，研究成果几方共享。

（2）在在建工程合适的地方划定约10000平方米，作为试验场地。

（3）制定具体的试验研究方案和试验大纲。

（4）试验研究经费从工程建设专项科研经费中支出。

参考文献：

[1]张加华，杨振声.饱和软基爆炸排水机理的初步研究.海洋工程，1997（4）.