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潮间带软土爆破挤淤技术应用研究 ——以霞浦东冲至火车站工程为例

时间:2024/6/13 8:31:05   作者:未知   来源:交通科技与管理   阅读:32   评论:0
内容摘要:温从林(宁德市交通建设质量安全中心,福建 宁德 352100)摘要 文章以宁德霞浦东冲至火车站工程为例,经过全面了解分析项目地质情况和力学计算设计爆破参数,同时根据设计参数进行爆破,应用体积平衡法判断潮间带软土爆破挤淤抛填块石落底情况,最后应用地质雷达物探法进一步验证块...
温从林
(宁德市交通建设质量安全中心,福建 宁德 352100)
摘要 文章以宁德霞浦东冲至火车站工程为例,经过全面了解分析项目地质情况和力学计算设计爆破参数,同时根据设计参数进行爆破,应用体积平衡法判断潮间带软土爆破挤淤抛填块石落底情况,最后应用地质雷达物探法进一步验证块石落底情况,确保路堤施工质量。试验证明该方法切实可行,能为将来相同条件的潮间带软土爆破挤淤处理提供参考意见。
关键词 潮间带软土;地质雷达;爆破挤淤;体积平衡
中图分类号 U416.1  文献标识码 A  文章编号 2096-8949(2024)05-0084-03
0 引言
爆破挤淤就是在软基的外侧埋置炸药,利用爆炸瞬间产生的巨大压力在淤泥中形成空腔,将淤泥挤出,同时抛石在受到震动后滑入空腔形成石舌,完成淤泥置换[1]。通过多次堤头爆破推进,抛石在多次的爆破中不断下沉,完成连续挤淤过程,最后达到设计要求的基础底标高,实现软基处理的目的[2]。但由于受地质情况、环境条件及施工技术等情况影响,造成块石未能全部落到设计标高,影响路堤质量,易在爆破挤淤过程中发生一系列问题造成人力和物力损失,所以在建设过程中要特别慎重,需从设计、施工及监测等全过程中严格把控[3]。
1 项目概况及施工注意事项
该项目从霞浦县北壁乡东冲码头至霞浦县下浒镇,起于外浒滚装码头场区,终于下浒连接线,按二级公路标准设计,设计速度60 km/h,路线全长约23.99 km,其中,K17+335~K18+300段共965 m属潮间带软土地基,软土总量约为700 000 m3。经勘察设计发现,标尾K18+300~K21+164段缺方,爆破挤淤只能从K17+335处往标尾方向单向推进。根据潮间带软土实际情况及环境地质变化,在软基处理时需及时调整施工工艺,以达到最佳的爆破效果[4]。施工中严格控制抛石质量、深度及宽度,遵循先宽后窄的原则,同时为防止潮水冲击,大块石尽量埋置堤身外侧[5]。
爆破挤淤主要施工步骤有施工准备、测量放线、爆前堤身抛填、药包布设、端部及两侧爆填、循环进尺抛填、循环进尺及两侧爆破、对布药不佳的部位进行局部侧向补炮、检测验收等。施工中要注意一些事项:一是必须征得当地公安部门同意,办理必要的手续,熟悉施工现场情况,掌握人、材、机的具体情况,确定爆破警戒距离,设定岗哨,保证施工安全。二是要根据设计图纸,结合规范进行复测,复核标准横断面图,依据工程项目的实际情况和现场进行放样钻孔布设炸药,具体如图1所示。三是应进一步核实抛石挤淤路段地质情况,查清各抛填段软土层、持力层分布位置,确定抛石挤淤应达到的置换深度。然后放样抛填标志,抛填应从淤泥较浅处向较深处推进[6]。四是抛填需在路堤底部处理范围内抛石形成一定高度的路堤,抛填尽量一次到位。五是一般在其前端用装药器将药包放入淤泥下一定深度,在潮水最高时起爆[7]。


图1 堤头爆填标准横断面图

在爆破挤淤施工过程中,路基抛石的落底深度和宽度是质量控制的关键,同时每个项目的地质情况、炸药的情况及设计的断面等都会影响着质量控制,故需先做试验段,通过试验段数据分析指导该项目的施工。块石的质量和强度要满足规范要求,块石所含杂质要在规范允许范围内,在购买材料之前一定要进行实地调查并进行检验,材料进场前还需试验并经监理工程师同意批准,在材料进入施工现场施工单位应设专人进行管理,保证施工质量。施工过程中要加强监测并及时进行数据分析处理,当数据有偏差时应分析原因并及时调整施工。在施工之前按照规范布设测量点,在堤头与堤侧爆破前后及时进行高程和横断面量测,侧爆后及时按施工方案要求的里程进行堤侧外的一定范围的探测,用以了解堤身情况[8]。在施工过程中要保证抛石层底面到持力层顶面之间的泥石混合层平均厚度满足规范要求,路堤的每月累计沉降量最大不能超过6 mm,否则为不合格。
质量检验应根据施工采购块石的数量,及时统计相应施工段抛填块石体积,用体积平衡法计算爆破段抛填体积与设计体积比值,进而判断抛石情况。同时结合实际施工情况合理设置监测点,埋入沉降板和测斜管,按照规范适时进行路基沉降及位移观测,计算分析沉降变化及沉降速率是否满足要求。最后根据电磁波在各介质中的传播速度不一样及软土、风化岩、海水和抛石等介电常数不同的原理应用探地雷达检验抛石是否穿透淤泥层进入持力层,探测抛填块石的深度和抛石淤泥混合层厚度等情况,是否满足设计要求[9]。
2 爆破参数设计
潮间带软土爆破挤淤在实际应用过程中,爆破参数的设计应根据力学计算、地质情况、炸药参数及堤身设计等进行分析[10]。既要确保堤上抛填车辆和布药机具的运行方便和安全,又要求爆后堤顶不能超高,最大程度实现挤淤效果,并尽量减少埋坡工作量[4]。根据抛填高度和宽度计算堤身自重加载挤淤深度,确定堤身要达到设计深度及挤除的淤泥厚度值,再根据经验和爆炸作用机理确定爆破参数[11]。
结合现场勘探分析计算,研究决定选取K17+394~K17
+404、K17+645~K17+675、K17+804~K17+834和K17+
906~K17+941等四段作为典型爆破施工试验段,并根据试验的情况,指导项目施工,试验段软土抛填爆破参数计算如下,详细爆破参数如表1所示。
一次爆炸药量[8]Q(kg)应满足如下关系:
Q=qoLHHmwLL (1)
Hmw=Hm+(γw/γm)Hw (2)
式中,qo——单次爆炸炸药数量,因该参数受填石厚度、挤淤厚度、药包埋深、淤泥物理力学特性等多指标影响,根据类似项目经验,qo的取值变化范围:qo=0.1~0.4 kg/m3,不同地区的淤泥指标不同,炸药单耗量差异较大,该试验段取0.25 kg/m3;LH——单循环进尺(m),该项目LH取5~7 m;Hmw——计入覆盖水深的折算淤泥厚度(m);Hm——置换淤泥层厚度,包含淤泥包隆起高度(m),该试验段为13~14 m;Hw——覆盖水深,即泥面以上的水深(m),该试验段为2~3 m;γw——水重度(kN/m3),该项目为9.8 kN/m3;γm——淤泥重度(kN/m3),该工程为17.6 kN/m3;LL——一次布药线长度(m),该项目LL取2~3 m。
3 检测结果
在具备抛填计量条件下,在项目中分段应用,根据实际抛填方量和设计断面方量推算堤身断面形状。通过统计分析实际抛填块石数量及设计方量,它们的比值(体积平衡系数等于实际抛填数量扣除埋坡数量后与设计数量的比值)都大于0.9,根据经验体积平衡系数大于等于0.9时,说明断面抛填落底可靠情况良好,具体情况如表2所示。

表2 试验段抛填及设计数量表
序号 桩号 断面设计
填方面积/m2 设计填方
体积/m3 扣除理坡
抛填体积/m3 平衡
系数
1 K17+394 657.07 8 157.25 7 346.75 0.90 
2 K17+404 974.38
3 K17+645 929.88 27 790.60 25 897.00 0.93 
4 K17+660 919.4
5 K17+675 929.78
6 K17+804 943.4 28 530.10 26 566.10 0.93 
7 K17+820 952.73
8 K17+834 956.88
9 K17+906 896.8 30 648.22 28 423.73 0.93 
10 K17+920 873.38
11 K17+941 856.81


  探地雷达测试是一种非破坏性的测试技术,它具有抗干扰能力强、工作条件宽松、工作方法快速简捷、较高的探测精度和分辨率等优点,探地雷达是用高频电磁波以宽频短脉冲形式,通过天线中的发射装置,经由海水面送入海水下面的抛石层。遇到不同界面时(即海水与抛石层的交界处、抛石层与岩土层交界处),部分电磁波发生强反射现象返回,为天线中的另一接受装置所接收。雷达扫描记录以连续扫描图形和波形记录显示,遇异常可直观反映出异常体的深度、形态和范围。雷达图形常以脉冲反射波的波形形式记录,波形的正负峰分别以黑白表示,或以灰阶或彩色表示,这样同相轴或等灰度等色线即可形象地象征各反射界面。当发射天线沿着探测物表面移动时就能得到其内部介质剖面图像。为进一步检验试验段的爆炸挤淤处理效果,对试验段纵断面中轴线进行物探检验,探测填石落底深度,其中K17+394~K17+404、K17+804~K17+834和K17+906~K17
+941等3段电磁波在抛石体的反射特征清晰,反射较好,同相轴基本呈水平状态,且连续性较好,结合体积测算及现场地质情况,判断该段地层主要为风化的原状花岗岩地层,说明抛石落底情况良好,符合规范要求。同时经探测K17+645~K17+675段雷达波(如图2所示)反射较好,同相轴基本呈水平状态,且连续性较好,结合现场地质情况,判断该段地层主要为风化的原状花岗岩地层,深度0~25m段,电磁波在抛石体的反射特征清晰,电磁波线呈锯齿状,波幅较大,频率较低,说明该路堤经爆炸挤淤处理后,局部存在泥石混合层和纯淤泥层,泥石混合层和纯淤泥层在上覆填土的作用下,随着固结时间的增长,固结程度继续增大,厚度逐渐减小,满足设计要求。


图2 K17+645~K17+675段雷达波形图

4 结论
通过宁德霞浦东冲至火车站工程试验表明经过力学分析计算设计爆破参数,并根据爆破参数进行抛石挤淤,应用体积平衡法能较好地确定抛石落地,满足质量要求。
探地雷达应用脉冲电磁波来探测隐蔽介质的分布和目标物,当发射天线向地下发射高频宽带短脉冲电磁波时,遇到具有不同介电特性的介质就会有部分电磁波能量被返回,接收天线接收反射回波并记录反射时间,根据电磁波在介质中的波速和旅行时间可以计算界面深度。依据电磁波场理论,人工发射高频宽频带电脉冲波利用物质介电性、导磁性,根据接收到波的运动学和动力学特征,从而推断隐蔽介质的空间展布特征。电磁波在介质中传播时,其路径和波形将随所通过的介质的电性质及几何形态而变化,根据接收到波的旅行时间、幅度、频率与波形变化资料,可以推断介质的内部结构以及目标的深度、形状等,应用在潮间带软土爆破挤淤处理中能很好地判断出抛石落地是否符合要求,为同类潮间带软基爆破挤淤处理提供了参考意见。

参考文献
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