爆破挤淤填堤围堰施工工法

'爆破挤淤填堤围堰施工工法(编号：SZJXGF27-2008)完成单位：深圳市第一建筑工程有限公司主要完成人：王旭峰、高彦伦、刘继文、李林海、杨程1．前言1.0.1爆破挤淤填石是在抛石体外缘一定距离和深度的淤泥质软基中埋放炸药群，起爆瞬间在淤泥中形成空腔，抛石体随即坍塌充填空腔形成“石舌”，达到置换淤泥的目的。经多次推进爆破，即可达最终置换要求。一次推进的爆破挤淤填石示意见图1.0.1-1。1234水面淤泥65图1.0.1-1爆破挤淤填石示意图1-超高填石；2-爆前剖面；3-爆后剖面；4-补填剖面；5-石舌；6-药包1.0.2招商局深圳前湾填海造陆工程位于深圳市南前海湾片区、西部通道的西侧、月亮湾大道侧和妈湾大道的东侧，根据规划要求和功能，前湾园区为港区联动物流园区，分为汽车城用地、物流园区、码头功能区3个部分。根据填海造陆的计划，围堰分三阶段实施，由深圳市第一建筑工程有限公司负责施工，其中第一与第二阶段主要采用抛石爆破挤淤填堤围堰，我公司根据施工中获得的经验，结合相关技术规程，总结形成本工法。2．工法特点“爆破挤淤法技术”是建设部推广的建筑业十项新技术之一，它通过爆炸冲击作用降低淤泥结构性强度，同时利用抛石体本身的自重使爆前处于平衡状态的抛石体向强度降低处的淤泥内滑移，达到泥、石置换的目的。我国沿海地区多有较厚的海积淤泥质黏土层,如要清除进行基础处理，不仅造价高，而且技术难度大；而爆炸挤淤法技术具有工期短、造价少及沉降量小等特点，技术经济效益极其显著，具有极好的应用前景。3．适用范围爆破挤淤法适用于抛石置换水下淤泥质软基的防护堤、围堰、护岸、驳岸、滑道、围堤等工程，其它类似工程也可参考使用；其适用的地质条件为淤泥软土地基，置换的软基厚度宜在4～20m之间，对于淤泥厚度小于4m时，可与抛石挤淤、强夯挤淤比较后择优使用，大于20m时，须进行论证。4．工艺原理4.1力学机理。通过埋于泥中的炸药爆炸冲击使淤泥受到排挤、扰动和破坏，从而降低淤泥结构性强度，同时利用抛石体本身的自重和爆破振动产生的附加载荷联合作用，产生抛填体定向塌落1 充填和动载挤淤现象，实现泥、石置换的目的。4.2技术核心。通过控制抛填高度与宽度，在爆炸外力影响和联合作用下挤淤，最大限度地利用自重与动载挤淤效果，在多次爆破振动作用下造成堤身整体的累积下沉，形成泥石置换的稳定结构。4.2.1根据填筑堤结构尺寸，在保证堤顶通车能力和行车安全的情况下，根据土力学理论和工程成果，计算确定堤身抛填高度，通过控制抛填高度，实现最大限度的抛填体重力挤淤效果，以减少炸药单耗，优化设计。4.2.2根据填筑堤的结构断面尺寸和抛石体边坡安息角的大小，结合抛填高度，设计堤身抛填宽度。通过抛填宽度控制，使爆炸施工完成后形成堤身结构的落底宽度以及堤侧坡率。4.2.3根据土中爆炸动力学理论和工程研究成果，计算符合爆破排淤和扰动破坏淤泥范围的埋药深度，以实现重力和爆炸力联合作用下的泥石置换效果。4.2.4当在形成堤前淤泥鼓包或无水下自重控制加载不能完全实现时，可通过炸药种类的选择及爆炸进尺、药包单重、药包间距等爆炸参数的调整补偿，以实现设计要求的石泥置换的效果。5．施工工艺流程及操作要点5.1工艺流程5.1.1工艺流程图爆前施工准备测量放线药包爆后端部推进排淤堤身抛填药包制作爆前堤头爆填爆后药包堤身循环抛填药包制作侧坡拓宽排淤堤侧爆填爆前爆后爆后补抛理坡药包检测验收爆破形成平台及堤心断面5.1.2主要工序说明1．施工准备：进行爆破区现场勘察及爆破安全区安全检查，编制完善的施工组织设计，建立施工管理体系。2．根据业主单位提供的坐标控制点、水准点，设立施工水准点及辅助施工基线，应设置在不受干扰、牢固可靠且通视好、便于控制的地方。同时，据此设立施工标志、水尺等，并根据设计施工图进行放样，设立抛填标志。3．堤身抛填是影响爆炸处理软基施工质量的一个重要因素，必须严格控制堤身抛填参数。要求2 严格按施工组织设计确定的抛填宽度和抛填高度进行堤身抛填，并协调好抛填施工与爆炸处理的作业关系，确保工程质量。4．根据施工组织设计文件要求的数量和重量制作药包。5．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，实施堤头爆填，使堤身下沉实现挤淤置换。6．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。7．当堤身爆填处理到一定长度后，实施堤侧的爆炸处理（侧向爆填），拓宽并形成堤身两侧的平台，进一步挤出堤底可能残留的淤泥。侧爆的一次处理长度根据施工需要和环境安全条件确定，一般为30m～50m。8．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。9．检测验收。5.2操作要点5.2.1爆破技术参数与网络设计1．药量计算规定1）线药量按式（5.2.1-1）和式（5.2.1-2）计算。q=q⋅L⋅H（5.2.1-1）L0HmwγwH=H+⋅H（5.2.1-2）mwmwγm式中：qL—线药量，即单位布药长度上分布的药量（kg/m），炸药为2号岩石硝铵（下同），采用其他炸药时可按JTJ/T258-98附录A选用。q0—爆破排淤填石单耗，即爆除单位体积淤泥所需的药量（kg/m），按表5.2.1-1取值；LH—爆破排淤填石一次推进的水平距离（m），按表5.2.1-2取值；Hmw—计入覆盖水深的折算淤泥厚度（m）；Hm—置换淤泥厚度（m），含淤泥包隆起高度；3γm—淤泥重度（kN/m）；3γw—水重度（kN/m）；Hw—覆盖水深，即泥面以上的水深（m）。q0取值表5.2.1-1Hs/Hm（m/m）0.8~1.2＜0.8或＞1.23q0（kg/m）0.6~0.80.8~1.0注：表中Hs为泥面以上的填石厚度（m）；必要时可采用超高填石的办法加大Hs，见图1.0.1-1。LH取值表5.2.1-2Hm（m）4~66~1010~12LH（m）4.5~5.56~75.0~5.52）一次爆破排淤填石药量按式（5.2.1-3）计算。Q=q⋅L（5.2.1-3）1LL式中Ql—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）。3）单孔药量按式（5.2.1-4）和式（5.2.1-5）计算。3 q=Q/m（5.2.1-4）11LLm=+1（5.2.1-5）a式中：ql—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（m）。2．布药线平面位置要求1）布药线宜平行于抛石前缘，位于前缘外1~2m。2）对端部推进爆破，布药线长度应根据堤身断面稳定验算确定并与堤顶宽度相适应；对侧坡拓宽爆破，布药线长度应根据安全距离控制的一次最大起爆药量及施工能力确定，安全距离应按JTJ/T258-98第6章有规定执行。3）药包在泥面以下的埋入深度HB应按表5.2.1-3取值。HB取值表5.2.1-3Hw（m）＜22~4＞4HB（m）0.50Hm0.45Hm0.55Hmw3．爆破网络设计起爆网络由主导爆管将各个药包引出的导爆头串联后，引至堤顶上，用2发并联雷管与主导爆索起爆端相连。侧爆起爆站起爆导线微差雷管药包支导爆索堤端起爆站电雷管起爆导线主药包起爆船支导爆索定向药包图5.2.1-1起爆网络示意图5.2.2布药工艺与要求1．装药工艺的选择与布药设备有关，以装药的主设备站脚点分为水上和陆上装药方式，均应满足以下要求：1）克服软土地基的强度，满足埋深的深度；2）具有满足设计药量体积的线性和集中装药管或容器；3）陆上布药应满足布药距离的要求；4）操作简单、放药安全、性能可靠；5）移动便捷，经济合理等。2．常规的装药作业方式有挖掘机改装直（斜）静压布药机和振动器或冲击器的布药机装药两种。1）挖掘机改装直（斜）静压装药机装药工效快、施工方便,目前最长臂达18m，能满足埋药深度10～12m（图5.2.2-1）；4 挖掘机装药仓淤泥鼓包堤头抛石体原淤泥面图5.2.2-1挖掘机改装布药机示意2）吊车加振动器或冲击器的布药机是在汽车吊机的基础上加装布药机具的一种装药设备，能满足较大范围的埋药深度，但装药效率较低；3）目前有以下如图5.2.2-2所示的2种典型的装药器。引出导爆线圆柱状药室容器固定销钩水泥封头水泥封头高强度导杆药室门管状药室容器圆柱装药器管状装药器图5.2.2-2圆柱和管状装药器5.2.3填堤爆破施工前应先做样板施工段，收集每爆前后测量数据，从堤断面尺寸变化、实际填料量与设计填料量进行堤身落底与形成断面对比分析，以改进施工方法。样板段完工后进行物探及钻孔与瑞雷波检测，确定堤身落底达到设计验收标准后方可展开全面施工。5.2.4抛填施工是否找准堤端“石舌”对抛填质量影响较大，抛填不到“石舌”前端，则装药困难（甚至不能装）；抛填超过“石舌”前端，则堤端出现较严重沉降，直接影响堤身落底质量，因此每爆补抛填堤推进的堤端理想位置应该与“石舌”前端重合（图5.2.4-1）。施工时应注意里程控制，抛石到达堤端里程立即停止推进；同时爆前应做探孔（图5.2.4-2），按照堤端布药平面尺寸，用装药器做原位探查，确认符合装药深度后才开始布药，对个别孔位达不到装药深度，整个堤端必须继续推进，直到符合要求为止。施工中应做好爆破挤淤探孔记录与评价。补抛断面超抛高度原爆后断面天然泥面线淤泥底标高图5.2.4-1抛填堤端“石舌”示意图5.2.4-2人工钻孔探土5 6．材料与设备6.1材料：石料。6.2设备：挖掘机、起重机、推土机、布药机、警戒船、经纬仪、水准仪、对讲机、起爆器、雷管检测仪、警报器、汽车等。7．质量控制7.0.1本工法实施过程中其质量控制应严格执行《爆破安全规程》（GB6722-2003）、《爆破法处理水下地基和基础技术规程》（JTJ/T258-98）、《港口工程质量检验评定标准》（JTJ221-98）、《港口设施维护技术规程》（JTJ/T289-97）。7.0.2施工单位应建立施工管理体系，严格执行工程质量的“三检制度”，作好原始施工记录。7.0.3爆炸置换淤泥软基建筑堤基时，堤身落底深度和断面宽度是质量控制的关键，其施工中和施工后的质量控制流程详图7.3。施工组织设计偏差抛填高度、宽度调整抛填测量爆炸测量偏差爆炸参数分析调整沉降位探地雷抛石体竣工验收与设计断面比较图7.3质量控制流程7.0.4石料规格、强度、级配、含泥量等应满足设计、规范与招标文件要求；石料采购前应进行供应商考察，在采购合同中约定质量标准，经监理工程师批准后方可施工，进料过程中应设专人检查，确保石料质量。7.0.5加强施工测量控制与数据处理分析。开工前严格进行控制点测量定位；施工过程中在堤端与堤侧爆破前后均应进行标高与断面测量，侧爆后及时按施工方案要求的里程进行坡脚两侧外延范围的钎探，以了解泥面以下堤身形成坡率；工程完工后进行整体尺度测量，检查断面堤顶标高、轴线位置、堤顶标高、内外坡坡度。施工期间应安排适量的沉降位移观测，成堤后一个月每三天观测一次，以后每七天观测一次，及时掌握施工期的沉降位移规律；工程完工后及时设置长期沉降位移观测点进行按规定进行观测。7.0.6置换淤泥软基的空间范围应以设计为准且符合表7.0.6-1的规定.。置换淤泥软基的允许偏差表7.6序号项目允许偏差1填石底面标高（m）0~-1.02填石底面范围（m）0~2.07.0.7在填石置换层底面和下卧地基层设计顶面之间的混合层平均厚度不应大于1m。6 8．安全措施8.0.1本工法实施过程中其安全措施应严格执行《爆破安全规程》（GB6722-2003）、《爆破法处理水下地基和基础技术规程》（JTJ/T258-98）。8.0.2施工组织设计应经有关单位批准后方可实施；施工单位必须取得“爆破作业许可证”；从事爆破工作的人员必须持有相应资格的作业证；所有进场人员必须先进行安全知识普及教育，遵守各项安全规章制度。8.0.3本工法实施时应事先告知全体员工和附近居民警戒范围、警戒标志和声响信号的意义、发出信号的方法与时间。加强作业过程管理，实行每炮一报制度、爆破公告制度、爆破警戒制度、爆后现场勘察制度等。如施工期间属雷雨季节，应建立防雷击应急预案。8.0.4当爆破过程中发现炮未爆响时检查人员应及时上报或处理；处理前应定出警戒范围、设置警戒与危险标志，并采取相应的安全措施，无关人员不得接近。处理过程应按经审批的措施方案进行：对于因起爆网路绝缘不好或联接错误造成的盲炮，可重新联网起爆；因填塞长度小于炸药的殉爆距离等造成的可另装入起爆药包诱爆。每次处理完成后，应由处理者填写提交报告备案。8.0.5水下爆破源与被保护对象的安全距离，应按震波、冲击波、飞散物三种爆破效应分别核算，并应符合《爆破法处理水下地基和基础技术规程》（JTJ/T258-98）等的相关规定。9．环保措施9.0.1本工法实施过程中其环保措施应严格执行《爆破安全规程》（GB6722-2003）、《爆破法处理水下地基和基础技术规程》JTJ/T258-98。9.0.2应针对工程中保护对象的要求和特点，按爆破效应对其影响计算爆炸振动、爆炸飞散物和水中冲击波安全距离来确定警戒范围，对震动要求特别严格部位采取多分段微差爆破方法。10．效益分析10.1技术效益爆破挤淤法技术已在海军16642工程防波堤等国内上百项工程中成功应用；对于软粘土，尤其是淤泥，其工程性质很差，含水量极高，透水性差，强度非常低和施工环境很不利，常用的堆载预压、复合地基等软基处理方法不是很适宜，本工法在我公司的应用实践证明，采用爆炸挤淤填石技术可大大加快工程施工进度，且与其它软基处理技术相比具有施工技术难度小、终结沉降时间短、最终沉降量小等特点，技术效益极其显著。10.2经济效益3采用爆破挤淤技术工法进行填石围堰，爆破排淤单位造价约10元/m左右，其总体造价低于其它软基处理技术，经济效益极其显著。10.3社会效益采用爆炸挤淤技术进行填石围堰是成套造陆工艺中的关键工序，其主材易于获取、施工速度快（如招商局前湾填海工程不到3年的时间内完成了180万平方米的陆域并交付使用，快速发挥了西部港区货运交通服务作用），与吹填造陆等后序工艺形成了一整套变废为宝的环保造陆技术，符合建筑节材降耗的国家政策。11．应用实例实例一：招商局深圳前湾（第一阶段、第二阶段）爆破挤淤填堤围堰工程1．工程概况。2填堤围堰分汽车贸易城中部区和物流园区前方区，围成面积683426m。地质勘察资料显示自上而下依次为人工填土层、海相沉积层、冲洪积层、残积层和风化岩层，其中物流园区前方区围堰轴线天然泥面标高-1.5~1.0m（局部最深处-4.4m），汽车贸易场地中部区围堰轴线天然泥面标高-1.5~0.0m。2．设计概况。抛石爆破挤淤填堤围堰总长度2454.69m，分12个代表断面，堤顶标高均为黄海高程6.00m，内外侧坡率，天然泥面以上1:1.5，天然泥面以下至下卧层顶面1:1，堤顶宽度分30m、7 22.50m、20m三种型式，天然泥面标高在0.5~-4.5m之间，淤泥底面标-7.5~-15.5m之间，淤泥最大深度14.5m，最小深度6.0m。3．技术参数。按一级标高成堤，堤端爆每进尺段控制5~7m，抛石材料采用坚硬耐久的自然开石料，质地新鲜、坚硬完整、强度高、耐风化和具有良好的抗水性，块石浸水饱和抗压强度不低于320MPa，比重大于2.55t/m，块石粒径不大于500mm，质量为10~100kg，含泥量小于5%。4．施工概况。望海路堤端爆破80次，平均每爆进尺5.9m，侧爆26次，每爆平均长度36m；兴海路堤端爆破85次，平均每爆进尺6.71m，侧爆23次，每爆长度50m；2#路堤端爆破105次，平均每爆进尺6.79m，侧爆32次，每爆平均长度44.5m；铲湾路堤端爆破70次，平均每爆进尺6.64m，侧爆25次，每爆平均长度37m。本工程总计堤端爆破340次，平均每爆进尺6.53m；侧爆106次，每爆平均长度42m。5．施工工序。采用陆上装药器装药，分两次填料达到预定标准，堤端抛石爆破挤淤推进一段距离后，安排侧爆。施工中按2个堤端位置推进，每堤端安排一个作业班组，每班每天进行2~3次爆破施工，堤端日进度达12m以上，堤侧爆破挤淤安排在堤端未作业时间进行，使堤端推进和侧爆成堤流水作业。图11-1陆上装药6．沉降观测。成堤后及时在堤顶建立沉降观测点，开始一个月，每三天观测一次，此后一至两个月每七天观测一次。各路段累计沉降量：兴海路累计沉降量最大值7.60cm，最小值3.40cm；望海路累计沉降量最大值15.50cm，最小值1.80cm；2#路累计沉降量最大值10.20cm，最小值2.10cm；铲湾路累计沉降量最大值5.60cm，最小值1.30cm，沉降量均趋于稳定。7．检测评价1）物探自检。为及时掌握堤身落底情况，在填堤施工过程中自行委托地质雷达检测3次，检测堤身横断面7个，测点375点，为改进施工方法提供依据。2）钻孔法观察堤身落底状况。工程完工后业主委托钻孔检测堤身横断面10个，钻孔49个，其中望海路（横断面2个，钻孔10个）围堰顶部平均填石厚度16.80~19.80m，两侧平均填石厚度12.60~15.25m，残余淤泥层围堰顶部平均0.37~0.43m，两侧0.75~1.4m（0+650内侧泥石交界点）；兴海路（横断面2个，钻孔9个）围堰顶部平均填石厚度14.20~15.13m，两侧平均填石厚度12.45~13.20m，残余淤泥层围堰顶部平均0.15~0.37m，两侧0.85~1.45m（0+105内侧泥石交界点）。2#路（横断面2个，钻孔10个）围堰顶部平均填石厚度16.70~17.27m，两侧平均填石厚度13.30~14.57m，残余淤泥层围堰顶部平均0.23m，两侧0.65~0.8m。铲湾路（横断面4个，钻孔20个）围堰顶部平均填石厚度14.33~14.97m，两侧平均填石厚度9.80~12.70m，残余淤泥层围堰顶部平均0.17~0.30m，两侧0.45~0.95m。3）物探法观察堤身落底情况。工程完工后业主委托检测瑞雷波堤身横断面12条，每个断面布设测点11个，总测点132点，其中望海路横断面4条，测点44点，填石厚度7.0~19.80m之间，下伏软弱层在0.00~0.90m之间；8 兴海路横断面2条，测点22点，填石厚度5.8~20.40m之间，下伏软弱层在0.00~0.80m之间；2#路横断面2条，测点22点，填石厚度5.3~17.3m之间，下伏软弱层在0.00~0.90m之间；铲湾路横断面4条，测点44点,填石厚度3.2~15.6m之间，下伏软弱层在0.00~0.90m之间。4）体积法评价填堤落底情况。设计断面填方总量185万方，实际填方总量191万方，基本平衡。8．竣工评价。2005年7月完成爆破挤淤填堤工程，工程结算价13652813元，工程竣工验收评为优良，施工中无质量安全事故。图11-2前湾围堰竣工全景实例二：深圳机场飞行区扩建陆域形成软基处理及爆破挤淤工程1．深圳机场飞行区扩建陆域形成及软基处理工程海堤长度14969m，堤身填料基本为块石，根据不同的地质和区位，堤身地基处理分别采用抛石挤淤、爆破挤淤的处理方法。2．施工总体布局是将海堤从中部位置开始，以抛填进尺20~35m为1个推进单元，垂直于轴线抛填推进，在堤端采用多排定向爆填施工技术形成堤心，在每完成50~100m堤心爆填与补抛后进行侧爆拓宽爆破形成平台，之后每完成100m侧爆与补抛后进行爆夯施工，提高块石堤身的密实度。水上抛填和爆填施工成一个合理的流水作业，从而保证了施工进度与质量。3．施工完成后通过检测数据表明，本工程达到计划挤淤4~6m的效果，形成断面与设计要求相符，石堤底高程已接近或低于地质剖面中的淤泥层底高程，石堤沉降量最大2cm，最小0.5cm，完全达到设计要求。图11-3深圳机场围堰实景9'