全侧向爆破挤淤快速筑堤技术适用范围及施工参数优化

杨 峰，刘 莉，李瀚轩

(1.大连空港建设发展有限公司，辽宁 大连 116000；2.大连市市政研究院有限公司，辽宁 大连 116000；3.中交水运规划设计院有限公司，北京 100007)

1 概述

1.1 工程概况

依托大连某项目西斜坡护岸工程，该工程位于大连金州湾中部至湾底，工程位置见图1。

护岸工程设计方案[1]为：先期通过陆上推进的方式直接回填开山石形成45 m围堰，形成临时护岸；后期进行海侧15 m的堤心爆破挤淤，处理土层为表层的淤泥层，厚度约9～16 m，该土层具有高含水量、高压缩性、高灵敏性特点，工程性质极差，其下分布厚约9～13 m硬塑黏土层，工程性质较好，爆破挤淤形成的永久护岸堤身坐落在该黏土层上。西斜坡护岸典型断面见图2。

图1 工程位置

图2 西斜坡护岸典型断面(单位：m)

1.2 传统抛石爆炸挤淤技术

传统爆破挤淤技术始于20世纪30年代，60年代引入我国。该技术以淤泥、混合石料为对象，通过爆破的方法清除淤泥，实现石料置换基底淤泥，达到改良软土地基的目的。爆破挤淤技术常用于防波堤、护岸、沿海贮灰围场、大型沉箱码头等工程的软基处理，是一项成熟且不断发展完善的技术。该技术存在如下缺点：所需石料较多；爆破次生危害不可避免；质量控制方法及标准尚不完善；爆破后内外侧淤泥包的清理及堤身理坡工作量较大。

JTS 204—2008《水运工程爆破技术规范》[2]对爆破挤淤填石技术进行了详细规定，发布距今已有十余年，期间随着工程实践的推进，对爆破挤淤置换机理认识逐渐加深，新的施工方法不断涌现，规范中某些原有的取值方式不能很好地满足现有工程施工要求，如处理深度和施工参数等。传统爆炸挤淤断面见图3。

图3 传统爆炸挤淤断面

1.3 全侧向爆破挤淤快速筑堤技术

常规的爆破排淤填石法形成拋石堤施工程序一般要经过端部推进排淤、侧爆拓宽排淤落底、爆夯形成平台及堤心断面等3个过程，在实际施工过程中，由于该法需先进行端爆施工以清除堤身以下淤泥，再抛填形成堤身，最终进行多循环侧爆施工形成护岸，爆破和回填的作业量大，工程推进相对缓慢[3]。

在分析常规爆破挤淤设计和施工方法的基础上发现，堤身的稳定性主要与护岸前部地基承载力相关，根据对边坡稳定性的影响因素分析可知，其坡前稳定性主要与边坡前部一定深度以下土体的稳定性有关，影响其抗滑力的主要因素是滑弧面上土体的强度性质，即只要堤坝本身的滑动稳定性能满足要求，堤坝后方的淤泥未必需要全部清理掉，在护岸后方的抛填层后仍然可以保留一定厚度的淤泥层[4]。在该思想的指导下，提出“全侧向爆破挤淤快速筑堤技术”这一全新的筑堤设计和施工思路，主要工序为：抛填形成临时护岸——全侧向爆破挤淤排石拓宽堤身——爆挤堤脚落底。该技术可以极大减少爆破作业的次数，提高施工效率，取得良好的经济效益。

2 适用范围

2.1 设计工况

该工程西斜坡护岸形成过程中，包含以下3种关键工况：

1)直接回填45 m护岸堤心形成临时护岸过程中，由于直接回填堤心无法控制堤心落底深度，需进行施工工况稳定性验算，取设计低水位，施工均载5 kPa。

2)全侧向爆破挤淤推进过程中，选取推进5、10 m两种情况进行验算，取设计低水位，施工均载5 kPa。

3)堤角落底后形成最终断面，取最终堤坝堤脚落底后的最终断面形式，荷载考虑短暂组合和持久组合进行设计计算。

2.2 整体稳定性分析

针对上述3种典型设计工况，利用《港口工程地基计算系统(2008版)》分别对西护岸4个典型断面(西2+000、西3+250、西3+497、西4+500)进行全侧向爆破挤淤方案整体稳定性分析，均布荷载20 kPa，施工荷载5 kPa，垂直地震系数0.319，水平地震系数0.210。材料参数见表1，典型断面整体稳定系数计算结果见表2。

表1 材料参数

表2 典型断面整体稳定系数计算结果

综合4个典型断面3种不同工况下的计算结果，验证了影响全侧向爆破挤淤方案整体稳定性的主要因素为滑弧面上土体的强度性质，如在直填堤心下保留一定厚度的淤泥层，整体稳定性计算结果可满足现行设计规范要求。

2.3 全侧向爆破挤淤快速筑堤技术适用范围

经工程实践结合上述理论分析，全侧向爆破挤淤技术针对堤坝宽度30 m以上断面尺度、堤坝下卧淤泥土层厚度5～18 m较为合适，淤泥质土一般要求孔隙比在1.0～1.5，土体含水率要求不小于土体液限指数。通过现场钻孔检测分析，处理10～15 m淤泥厚度效果最佳。

3 施工参数优化试验

3.1 优化研究方向

全侧向爆破挤淤与常规爆炸排淤填石筑堤施工的根本性区别在于不进行端爆施工，只进行侧爆拓宽，排淤方向少，施工迅速，成堤速度快[5-6]。本次试验段施工主要针对抛填推进参数、爆破药量参数及插药深度等方面进行试验优化。根据现场地质情况，共选取4个典型代表段落进行试验性施工，分别为西1+800—西1+900、西3+150—西3+200、西4+872—西4+972、西5+240—西5+340。采用钻孔探摸法检验侧爆后施工断面是否达到设计要求。上部抛石层采用回转钻进工艺；进入块石混淤泥层后，采用无水钻进工艺。

3.2 施工试验过程

3.2.1西5+240—西5+340试验段

根据规范及相关数模分析结果确定首次侧爆参数[7]，见表3。试验段施工完成后，检测结果显示，各个钻孔检测结果均符合设计要求，且块石混淤泥层厚度远远小于设计图纸要求，根据西5+240—西5+290段钻探结果及获取的芯样分析，总结得出爆炸挤淤的单孔药量偏大、成本较高[8]。下一试验段考虑以减小炸药单耗值降低全侧向爆炸挤淤的单孔药量。堤身侧爆断面及药包排布见图4、5。

表3 各试验段侧爆爆炸参数

图4 堤身首次侧爆断面(单位：m)

图5 第1试验段堤身侧爆推进药包排布(单位：m)

3.2.2西4+872—西4+972试验段

在第1试验段基础上，进行西4+872—西4+972段试验施工，药包间距调整为2 m，单药包质量调整为36 kg，埋深-11 m，参数见表3。第2段试验段施工完成后，检测结果显示，各个钻孔检测结果均符合设计要求。

3.2.3西3+150—西3+200试验段

由于第1、2试验段总施工时间较长，进度较慢，决定在第3段试验段施工中，适当放大布药间距，现场单次推填步距最大取5 m，布药间距取4 m。参数见表3。检测结果显示，3个钻孔中，仅与临时护岸相邻孔位混合层厚度符合设计要求，其余2孔混合层厚度大于1 m，不符合设计要求。分析第3试验段检测结果，布药间距4 m使药量过于集中，加之布药偏位，致使爆炸形成的空腔不连续、不均匀，导致爆炸未能实现试验目标，决定对本次施工的永久护岸区域进行挖除返工。

3.2.4西1+800—西1+900试验段

总结第3试验段经验，现场单次推填步距最大取5 m，布药按3 m间距进行组织施工，参数见表3。检测结果显示，第4试验段钻孔检测结果均符合设计要求。

3.3 小结

试验段施工结果验证了全侧向爆炸挤淤筑堤方案是可行的，通过多次试验参数比选，最终选取0.23 kg/m3单耗药量、5 m/次推填步距、靠近堤身1～2 m进行钻孔装药作业、药包埋设高程距淤泥底1/3厚度位置作为大范围施工参数。该施工工艺能够确保达到设计及规范要求的堤身落底宽度、深度及外形轮廓线。

4 结论

1)全侧向爆破挤淤技术适合堤坝宽度30 m以上断面尺度，堤坝下卧淤泥土层厚度5～18 m较为合适，淤泥质土要求孔隙比在1.0～1.5，土体含水率要求不小于土体液限指数。通过现场钻孔检测分析，处理10～15 m淤泥厚度效果最佳。

2)突破了规范要求的爆破挤淤最低单耗限值0.30 kg/m3。根据施工试验段钻探结果及获取的芯样分析，以减小炸药单耗值来降低全侧向爆炸挤淤的单孔药量，爆除单位体积淤泥所需的药量可调整为0.23 kg/m3。

3)突破了规范要求的爆破挤淤药包埋入深度限值0.55Hmw(计入覆盖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进行钻孔装药作业，药包埋设高度可达到距淤泥底1/3厚度位置。

4)全侧向爆破挤淤快速筑堤技术对加快围堤、填海施工速度，降低工程投资，对施工参数的优化和突破亦可为后续相关工程提供借鉴。