楊 峰，劉 莉，李瀚軒

(1.大連空港建設(shè)發(fā)展有限公司，遼寧 大連 116000；2.大連市市政研究院有限公司，遼寧 大連 116000；3.中交水運(yùn)規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100007)

1 概述

1.1 工程概況

依托大連某項(xiàng)目西斜坡護(hù)岸工程，該工程位于大連金州灣中部至灣底，工程位置見圖1。

護(hù)岸工程設(shè)計(jì)方案[1]為：先期通過陸上推進(jìn)的方式直接回填開山石形成45 m圍堰，形成臨時(shí)護(hù)岸；后期進(jìn)行海側(cè)15 m的堤心爆破擠淤，處理土層為表層的淤泥層，厚度約9～16 m，該土層具有高含水量、高壓縮性、高靈敏性特點(diǎn)，工程性質(zhì)極差，其下分布厚約9～13 m硬塑黏土層，工程性質(zhì)較好，爆破擠淤形成的永久護(hù)岸堤身坐落在該黏土層上。西斜坡護(hù)岸典型斷面見圖2。

圖1 工程位置

圖2 西斜坡護(hù)岸典型斷面(單位：m)

1.2 傳統(tǒng)拋石爆炸擠淤技術(shù)

傳統(tǒng)爆破擠淤技術(shù)始于20世紀(jì)30年代，60年代引入我國。該技術(shù)以淤泥、混合石料為對(duì)象，通過爆破的方法清除淤泥，實(shí)現(xiàn)石料置換基底淤泥，達(dá)到改良軟土地基的目的。爆破擠淤技術(shù)常用于防波堤、護(hù)岸、沿海貯灰圍場(chǎng)、大型沉箱碼頭等工程的軟基處理，是一項(xiàng)成熟且不斷發(fā)展完善的技術(shù)。該技術(shù)存在如下缺點(diǎn)：所需石料較多；爆破次生危害不可避免；質(zhì)量控制方法及標(biāo)準(zhǔn)尚不完善；爆破后內(nèi)外側(cè)淤泥包的清理及堤身理坡工作量較大。

JTS 204—2008《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》[2]對(duì)爆破擠淤填石技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)規(guī)定，發(fā)布距今已有十余年，期間隨著工程實(shí)踐的推進(jìn)，對(duì)爆破擠淤置換機(jī)理認(rèn)識(shí)逐漸加深，新的施工方法不斷涌現(xiàn)，規(guī)范中某些原有的取值方式不能很好地滿足現(xiàn)有工程施工要求，如處理深度和施工參數(shù)等。傳統(tǒng)爆炸擠淤斷面見圖3。

圖3 傳統(tǒng)爆炸擠淤斷面

1.3 全側(cè)向爆破擠淤快速筑堤技術(shù)

常規(guī)的爆破排淤填石法形成拋石堤施工程序一般要經(jīng)過端部推進(jìn)排淤、側(cè)爆拓寬排淤落底、爆夯形成平臺(tái)及堤心斷面等3個(gè)過程，在實(shí)際施工過程中，由于該法需先進(jìn)行端爆施工以清除堤身以下淤泥，再拋填形成堤身，最終進(jìn)行多循環(huán)側(cè)爆施工形成護(hù)岸，爆破和回填的作業(yè)量大，工程推進(jìn)相對(duì)緩慢[3]。

在分析常規(guī)爆破擠淤設(shè)計(jì)和施工方法的基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)，堤身的穩(wěn)定性主要與護(hù)岸前部地基承載力相關(guān)，根據(jù)對(duì)邊坡穩(wěn)定性的影響因素分析可知，其坡前穩(wěn)定性主要與邊坡前部一定深度以下土體的穩(wěn)定性有關(guān)，影響其抗滑力的主要因素是滑弧面上土體的強(qiáng)度性質(zhì)，即只要堤壩本身的滑動(dòng)穩(wěn)定性能滿足要求，堤壩后方的淤泥未必需要全部清理掉，在護(hù)岸后方的拋填層后仍然可以保留一定厚度的淤泥層[4]。在該思想的指導(dǎo)下，提出“全側(cè)向爆破擠淤快速筑堤技術(shù)”這一全新的筑堤設(shè)計(jì)和施工思路，主要工序?yàn)椋簰佁钚纬膳R時(shí)護(hù)岸——全側(cè)向爆破擠淤排石拓寬堤身——爆擠堤腳落底。該技術(shù)可以極大減少爆破作業(yè)的次數(shù)，提高施工效率，取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

2 適用范圍

2.1 設(shè)計(jì)工況

該工程西斜坡護(hù)岸形成過程中，包含以下3種關(guān)鍵工況：

1)直接回填45 m護(hù)岸堤心形成臨時(shí)護(hù)岸過程中，由于直接回填堤心無法控制堤心落底深度，需進(jìn)行施工工況穩(wěn)定性驗(yàn)算，取設(shè)計(jì)低水位，施工均載5 kPa。

2)全側(cè)向爆破擠淤推進(jìn)過程中，選取推進(jìn)5、10 m兩種情況進(jìn)行驗(yàn)算，取設(shè)計(jì)低水位，施工均載5 kPa。

3)堤角落底后形成最終斷面，取最終堤壩堤腳落底后的最終斷面形式，荷載考慮短暫組合和持久組合進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

2.2 整體穩(wěn)定性分析

針對(duì)上述3種典型設(shè)計(jì)工況，利用《港口工程地基計(jì)算系統(tǒng)(2008版)》分別對(duì)西護(hù)岸4個(gè)典型斷面(西2+000、西3+250、西3+497、西4+500)進(jìn)行全側(cè)向爆破擠淤方案整體穩(wěn)定性分析，均布荷載20 kPa，施工荷載5 kPa，垂直地震系數(shù)0.319，水平地震系數(shù)0.210。材料參數(shù)見表1，典型斷面整體穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果見表2。

表1 材料參數(shù)

表2 典型斷面整體穩(wěn)定系數(shù)計(jì)算結(jié)果

綜合4個(gè)典型斷面3種不同工況下的計(jì)算結(jié)果，驗(yàn)證了影響全側(cè)向爆破擠淤方案整體穩(wěn)定性的主要因素為滑弧面上土體的強(qiáng)度性質(zhì)，如在直填堤心下保留一定厚度的淤泥層，整體穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果可滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求。

2.3 全側(cè)向爆破擠淤快速筑堤技術(shù)適用范圍

經(jīng)工程實(shí)踐結(jié)合上述理論分析，全側(cè)向爆破擠淤技術(shù)針對(duì)堤壩寬度30 m以上斷面尺度、堤壩下臥淤泥土層厚度5～18 m較為合適，淤泥質(zhì)土一般要求孔隙比在1.0～1.5，土體含水率要求不小于土體液限指數(shù)。通過現(xiàn)場(chǎng)鉆孔檢測(cè)分析，處理10～15 m淤泥厚度效果最佳。

3 施工參數(shù)優(yōu)化試驗(yàn)

3.1 優(yōu)化研究方向

全側(cè)向爆破擠淤與常規(guī)爆炸排淤填石筑堤施工的根本性區(qū)別在于不進(jìn)行端爆施工，只進(jìn)行側(cè)爆拓寬，排淤方向少，施工迅速，成堤速度快[5-6]。本次試驗(yàn)段施工主要針對(duì)拋填推進(jìn)參數(shù)、爆破藥量參數(shù)及插藥深度等方面進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)情況，共選取4個(gè)典型代表段落進(jìn)行試驗(yàn)性施工，分別為西1+800—西1+900、西3+150—西3+200、西4+872—西4+972、西5+240—西5+340。采用鉆孔探摸法檢驗(yàn)側(cè)爆后施工斷面是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。上部拋石層采用回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)工藝；進(jìn)入塊石混淤泥層后，采用無水鉆進(jìn)工藝。

3.2 施工試驗(yàn)過程

3.2.1西5+240—西5+340試驗(yàn)段

根據(jù)規(guī)范及相關(guān)數(shù)模分析結(jié)果確定首次側(cè)爆參數(shù)[7]，見表3。試驗(yàn)段施工完成后，檢測(cè)結(jié)果顯示，各個(gè)鉆孔檢測(cè)結(jié)果均符合設(shè)計(jì)要求，且塊石混淤泥層厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于設(shè)計(jì)圖紙要求，根據(jù)西5+240—西5+290段鉆探結(jié)果及獲取的芯樣分析，總結(jié)得出爆炸擠淤的單孔藥量偏大、成本較高[8]。下一試驗(yàn)段考慮以減小炸藥單耗值降低全側(cè)向爆炸擠淤的單孔藥量。堤身側(cè)爆斷面及藥包排布見圖4、5。

表3 各試驗(yàn)段側(cè)爆爆炸參數(shù)

圖4 堤身首次側(cè)爆斷面(單位：m)

圖5 第1試驗(yàn)段堤身側(cè)爆推進(jìn)藥包排布(單位：m)

3.2.2西4+872—西4+972試驗(yàn)段

在第1試驗(yàn)段基礎(chǔ)上，進(jìn)行西4+872—西4+972段試驗(yàn)施工，藥包間距調(diào)整為2 m，單藥包質(zhì)量調(diào)整為36 kg，埋深-11 m，參數(shù)見表3。第2段試驗(yàn)段施工完成后，檢測(cè)結(jié)果顯示，各個(gè)鉆孔檢測(cè)結(jié)果均符合設(shè)計(jì)要求。

3.2.3西3+150—西3+200試驗(yàn)段

由于第1、2試驗(yàn)段總施工時(shí)間較長(zhǎng)，進(jìn)度較慢，決定在第3段試驗(yàn)段施工中，適當(dāng)放大布藥間距，現(xiàn)場(chǎng)單次推填步距最大取5 m，布藥間距取4 m。參數(shù)見表3。檢測(cè)結(jié)果顯示，3個(gè)鉆孔中，僅與臨時(shí)護(hù)岸相鄰孔位混合層厚度符合設(shè)計(jì)要求，其余2孔混合層厚度大于1 m，不符合設(shè)計(jì)要求。分析第3試驗(yàn)段檢測(cè)結(jié)果，布藥間距4 m使藥量過于集中，加之布藥偏位，致使爆炸形成的空腔不連續(xù)、不均勻，導(dǎo)致爆炸未能實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，決定對(duì)本次施工的永久護(hù)岸區(qū)域進(jìn)行挖除返工。

3.2.4西1+800—西1+900試驗(yàn)段

總結(jié)第3試驗(yàn)段經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)場(chǎng)單次推填步距最大取5 m，布藥按3 m間距進(jìn)行組織施工，參數(shù)見表3。檢測(cè)結(jié)果顯示，第4試驗(yàn)段鉆孔檢測(cè)結(jié)果均符合設(shè)計(jì)要求。

3.3 小結(jié)

試驗(yàn)段施工結(jié)果驗(yàn)證了全側(cè)向爆炸擠淤筑堤方案是可行的，通過多次試驗(yàn)參數(shù)比選，最終選取0.23 kg/m3單耗藥量、5 m/次推填步距、靠近堤身1～2 m進(jìn)行鉆孔裝藥作業(yè)、藥包埋設(shè)高程距淤泥底1/3厚度位置作為大范圍施工參數(shù)。該施工工藝能夠確保達(dá)到設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的堤身落底寬度、深度及外形輪廓線。

4 結(jié)論

1)全側(cè)向爆破擠淤技術(shù)適合堤壩寬度30 m以上斷面尺度，堤壩下臥淤泥土層厚度5～18 m較為合適，淤泥質(zhì)土要求孔隙比在1.0～1.5，土體含水率要求不小于土體液限指數(shù)。通過現(xiàn)場(chǎng)鉆孔檢測(cè)分析，處理10～15 m淤泥厚度效果最佳。

2)突破了規(guī)范要求的爆破擠淤最低單耗限值0.30 kg/m3。根據(jù)施工試驗(yàn)段鉆探結(jié)果及獲取的芯樣分析，以減小炸藥單耗值來降低全側(cè)向爆炸擠淤的單孔藥量，爆除單位體積淤泥所需的藥量可調(diào)整為0.23 kg/m3。

3)突破了規(guī)范要求的爆破擠淤藥包埋入深度限值0.55Hmw(計(jì)入覆蓋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進(jìn)行鉆孔裝藥作業(yè)，藥包埋設(shè)高度可達(dá)到距淤泥底1/3厚度位置。

4)全側(cè)向爆破擠淤快速筑堤技術(shù)對(duì)加快圍堤、填海施工速度，降低工程投資，對(duì)施工參數(shù)的優(yōu)化和突破亦可為后續(xù)相關(guān)工程提供借鑒。