基于爆破挤淤填石法的拋石堤地基处理施工技术与应用

莫 鋈 江西省港航设计院有限公司

郑世武 天津临港港务集团有限公司

我国东部沿海滩涂上，覆盖着深厚的超软基。如何在淤泥的软基上修建海堤是人类一直研究探索的技术课题。经过多年的摸索，逐渐出现了抛石强夯置换法，先在软基上抛石，然后强夯。使得抛石着底，形成一个置换体，这样置换体就会和原地基形成复合地基，来共同承受上部荷载。该法处理的软基深度可以达到6-8m。砂桩、粉喷桩等也可用于处理海堤的软基，但存在施工复杂、工期较长、质量不稳定、造价比较高等问题。本文以一个工程实例详细介绍了一种新型的软基处理技术爆破挤淤填石法。

1.工程概况

某港防波堤工程全长2408m，采用抛填开山石回填的工艺方法，断面宽30米，淤泥厚度在5～8.8m之间，介于4～25m之间，符合规范要求的爆破挤淤法适宜深度，经过参建单位多次讨论，研究方案，本项目最终确定采用爆破挤淤填石法进行地基处理。

2.爆破挤淤

2.1 爆破挤淤的原理

爆破挤淤法也称为爆破挤淤填石法，是处理软土地基一种的方法。它是将一定深度里的淤泥通过爆破填石形成复合地基，达到设计要求的荷载且沉降量满足要求的一种施工工艺。

其原理是：在软基中直接或通过钻孔埋放炸药包，炸药埋在距离抛石体外边缘一定的距离和深度内。爆破挤淤原理示意图见图1所示。药包在堤身爆炸时，在起爆瞬间的爆炸会产生负压，爆轰气体会产生向淤泥内作用，将软土地基中的淤泥挤开。软基中会形成一个空腔。抛石体随之就会发生坍塌，充填到空腔内。抛石体并整体滑向爆炸坑。在某一范围和高度内的软土，会在非常短的时间内将被置换成块石体，抛石体会在自己重力作用下，进一步滑移或下沉入软土地基中。经过后续的多次爆破振动后，爆炸会形成挤压效应，堆石体下沉至持力层。这样就可以取得置换淤泥的效果。

图1 爆破挤淤原理示意图

2.2 爆破挤淤法的优势

爆破挤淤填石法处理海堤具有以下优势：

（1）爆破挤淤具有爆炸后空腔和在瞬间能够完成置换这两个特点。置换深度较深、范围较大。不需要复杂的施工技术和大型的施工机械。爆破的时间非常短，车辆通过能力强。堤身推进速度快。

（2）防波堤导堤侧向淤泥的反压所形成的密实作用，会增加堤身抛石体的密实度，爆后沉降量在20cm-30cm。装药、抛填两个工序可以一起进行，成堤速度不受天气影响，仅取决于抛填速度，故施工速度大大提高。

（3）抛石分为陆上抛石和水上抛石，爆破挤淤可完全实现全部采用陆抛石，陆抛石费用较水抛石节省近一半费用。可纵向循环推进，非常适合较长防波堤施工。

（4）处理的淤泥厚度深。根据设计规范，爆破挤淤处理深度在4-12米，根据多年的工程实践，多工程案例已经突破12m，甚至有突破20m以上厚度的淤泥处理实例的出现。

3.爆破挤淤技术施工技术

3.1 施工流程

爆破挤淤的主要施工程序有:测量放样、堤身抛填、堤头爆炸、爆后循环、两侧爆填等。

3.2 参数确定

根据《水运工程爆破技术规范》，结合项目特点，在施工前要与参建各方讨论，确定各种可能的因素会对爆破后果造成的影响。在编制施工方案时，要确定进行典型断面施工，在工程中确定对淤泥爆破施工的各个施工参数。确定好各参数后，才能大面积展开施工。主要施工参数参见表1所示。

3.3 布药方式

爆破挤淤填石法随着步药工艺和步药机具的改进，目前主要有两种步药方式。主要有两种步药方式：压入式布药和振动式布药。

（1）压入式布药。压入式布药机具,是用一台挖掘机进行改装而成的。压入式布药机将一个料斗替换成一个夹持机构。送药过程是利用夹持机构，夹住一个送药器，将药推入泥中。送药器是由一个装药仓和一根连杆两部分组成。装药仓的半径约17-18cm。

（2）振动式布药。压入式布药方式的优点是操作简单，效率高，适合淤泥较浅的工况下操作。在堤身较高或淤泥较厚或淤泥中夹有砂层的工况下，受制于挖掘机臂长的限制，就不适用了。就需要采用采用另外一种方法，称为振动式布药方法。振动式布药机具由吊车、振冲器、布药器、发电机组组成。振冲器上安放钢套管一根。药包从钢套管中安放，此法一孔可同时放多个药包。振动式布药的作业方式不受到风、浪、流和水深的影响。这种布设方法缺点是成本较高。

本项目根据淤泥厚度和水深的特点，采用插入式布药的方式，这种布药方式操作简单，比水上装药的时间节省2-3个小时。

4.爆破挤淤质量检测

为了检测爆破挤淤的效果，爆后需要检测，目前最常见的三种方法分别是体积平衡法、钻孔探摸法、探地雷达法。

4.1 体积平衡法

体积平衡法是爆炸前后分别每20米测量堤身断面，由此估算出抛填的石料下沉的体积。在横断面测量时候，每2米测一个标高点。绘制出抛填断面图。在施工过程中记录抛填石料放量，通过爆前和爆后两个体积数，能估算出落底深度和推进距离。此法简单实用，误差比较大，需要配合它法一起使用。体积平衡法在使用时没有考虑到断面的实际形状，以设计断面进行换算，估算抛石体的落底深度时误差较大。

表1 施工参数表

4.2 钻孔探摸法

钻孔探摸法是用来检验爆破挤淤的一种最常见的办法。该法利用钻机，用回旋法将钻头直接钻入地层，从而取得地层芯样进行封层，可以获得各层厚度，该法比较直观可靠。该法目的是揭示抛填体的厚度，混合层的厚度。可以直观的查明落底深度和厚度。

4.3 探地雷达法

探地雷达法是无线电波来确定地下介质分布的一种方法。用一种叫浅层地震仪的仪器，测试声波，从而验证对钻孔的抛石底的高程。根据接收电磁波的波型、振幅强度和时间的变化特征，推断地下介质的形状、位置和埋深。可作纵断面检测和横断面检测。探地雷达法应用在很多领域，检测范围广，检测速度快。是目前最具有发展前景的检测方法。

上述的3种检测方法，在实际工程中都被采用过，经过多方比较，本项目采用体积平衡法和探地雷达法两种方法，共同验证淤泥爆破效果。

采用体积平衡观测方法，对观测结果进行了分析。结果表明，采用爆破夯实法对水下抛石床进行夯实。其中最大下沉量约1.65m,平均夯实率为15%。整体来说，通过体积平衡法测量的两次体积证明夯实的效果明显，符合设计的要求。

采用探地雷达检测方法爆破挤淤海堤横断面形态的检测，当海堤两侧有海水覆盖时，横断面探地雷达检测可分三段进行，其中堤顶段采用点测方式进行，点距0.5m，两侧边坡及水下部分，可在堤顶处将探地雷达天线翘起一定角度，固定地面天线不动，另一天线缓慢匀速降落，对水下部分进行连续扫描，以探测石堤的边缘形态。水下部分的检测也可以在水上进行，为了避免船只的干扰，检测所用的船只必须是非金属的，可使用玻璃钢船或木船进行检测。通过两种方法检测结果表明，本项目的爆破挤淤效果良好，取得了预期的效果。

5.小结

爆破挤淤填石法适用于有软土层的防波堤地基处理。该施工技术在处理地基中工艺相对简单，能够增强防波堤基床稳定性，能够较大节省工程投资和缩短工期。该方法可值得推广使用。