潮间带爆破挤淤筑堤的引水爆破施工方法

技术领域

本发明属于沿海抛石堤施工技术领域，具体涉及一种沿海地区潮间带爆破挤淤 筑堤的新型施工方法，改进常规爆破挤淤施工中爆破前挖除堤头端淤泥包，以确保起 爆时堤头具有一定水深的技术要求，通过保留堤头端淤泥包、向堤头与淤泥包之间的 V形槽中引水至足够深度，增加局部向上方向的抵抗线，保证爆炸能量沿堤头端向前 作用，堤头抛石在水量充足且具有一定含泥量的状态下，受爆炸压力和振动作用向堤 头前方下沉坍塌滑移，使得抛石落底效果良好，从而提高施工效率及工程质量。

背景技术

爆破挤淤是沿海地区围堤、隔堤建设中海底软基处理的常用施工方法，通过爆 破清除海底淤泥，实现淤泥与石料间的置换，爆破后继续抛石至设计标高形成堤芯、 堤身结构。爆破挤淤即是将淤泥置换为石料的软基处理方法，也是堤身结构填筑施工 技术，以形成爆破挤淤抛石堤结构。

爆破挤淤通过爆炸冲击作用降低淤泥地基的结构性强度，并利用抛石体自重使 爆前处于平衡状态的抛石体向强度降低处的淤泥内滑移，实现泥-石置换。爆破挤淤施 工前，沿抛石堤轴线方向抛填石料至爆炸处理的设计高程及宽度，形成爆前抛石堤纵 断面线，在抛石体前端“泥-石”交界面外缘一定距离和深度的淤泥地基中埋放炸药， 引爆炸药瞬间在原淤泥地基内形成空腔，抛石体随即坍塌充填空腔形成“石舌”，同 时抛石体前方和下方一定范围内的淤泥地基被爆炸弱化、强度降低，抛石体下沉滑移 挤淤。爆破后继续抛石，淤泥受抛石体作用剪应力超过其抗剪强度时，抛石体沿定向 滑移线向前方滑移，达到平衡后滑移停止，继续加高抛填至抛石堤结构平衡稳定达到 设计标高。除爆破挤淤抛石堤结构外，爆破挤淤技术被广泛用于防波堤、护岸、沿海 围堤，以及大型沉箱码头、造船厂滑道等工程的淤泥软土地基处理和堤身填筑。

爆破挤淤筑堤施工技术利用爆破瞬间炸药爆炸形成的巨大能量沿堤头端向前 作用，爆炸冲击并降低堤头前方的原淤泥地基结构性强度并形成空腔，抛石体向堤头 端前方和下方坍塌充填空腔形成“石舌”，沿堤轴线方向推进形成爆破挤淤抛石堤结 构。根据爆破理论，爆破瞬间炸药爆炸形成的巨大能量总是寻找并沿着最为薄弱的方 向释放，该方向即为最小抵抗线方向，定向爆破就是利用这一原理引导爆破体向指定 方向抛掷或坍塌。爆破挤淤筑堤施工技术成功实施的关键在于能否确保爆破瞬间炸药 爆炸形成的巨大能量沿堤头端向前作用，即保证抛石堤堤头端前方成为最小抵抗线方 向，使得抛石体向前方下沉坍塌滑移。

判断爆破挤淤抛石堤施工质量合格与否的主要手段为通过钻探检测抛石体是 否下沉至淤泥地基底部的持力层，抛石体是否达到落底要求，即抛石体是否完全置换 原淤泥地基。因原淤泥地基的物理力学性质较差，一旦抛石未完全落底、抛石体下方 与持力层之间存在一定厚度的淤泥夹层，将严重影响爆破挤淤抛石堤的安全稳定性。 爆破挤淤抛石堤施工设计中为了使抛石体完全落底至持力层，通常会增加堤头端前方 爆破位置的上覆荷载以加大局部向上方向的抵抗线的方式，令爆炸能量沿堤头端向前 及向下作用，实现抛石体向前方下沉坍塌滑移至落底。若爆破施工中堤头端前方局部 向上的抵抗线不足，将使泥石混合物向上方抛出，甚至形成“冲天炮”，造成爆炸能 量散逸，而爆破位置下方的淤泥不能被足量挤出，极易造成淤泥夹层。由此可见，增 加堤头端前方爆破位置的上覆荷载以加大局部向上方向的抵抗线，使得爆炸能量沿堤 头端向前作用，减少爆炸能量散失，是保证爆破挤淤抛石堤施工质量的技术关键。

沿海地区港口航道建设及围海造陆工程中围堤、隔堤建设均为由原海岸线向近 海区域延伸填筑，爆破挤淤筑堤施工大多处于海滩潮间带内，潮汐作用下海水位变幅 较大。爆破挤淤施工前需要将覆盖水深折算为淤泥厚度或上覆荷载，精确计算局部向 上方向的抵抗线和最小抵抗线方向，并根据理论计算结果和潮水位变化情况选择合适 的爆破时间，以确保抛石落底效果良好。潮间带爆破挤淤施工过程中，堤头端隆起的 淤泥包顶标高往往超过当地平均高潮位，由于上覆荷载和向上抵抗线的要求，抛石堤 头与淤泥包之间的V形槽中需要有足够的覆盖水深作为上覆荷载。当淤泥包顶标高较 高时，只有高潮位时潮水才能淹没淤泥包，而小汛期间高潮位也很难淹没淤泥包。由 于淤泥包阻隔，V形槽中往往水位较低、局部向上的抵抗线较为薄弱，只有高潮位时 海水才能淹没淤泥包进入V形槽中、靠近抛石堤头。受爆破规程限制，公安部门不允 许夜间爆破作业，仅在大汛期间白天高潮位时方可实施爆破施工，上述堤头端淤泥包 标高较高和V形槽中水位较低等条件限制严重影响爆破挤淤施工进度和工程质量。

为保证或增加堤头端前方爆破位置的覆盖水深和局部向上方向的抵抗线，施工 设计单位往往提出“某围堤(隔堤)的起爆水深要求，堤头端起爆前要将淤泥包挖至 某高程，保证起爆时堤头水位不小于某高程(或某深度)”的施工方案，这就意味着 每次起爆前都要部分挖除堤头端淤泥包。受挖掘机臂长度限制，陆上挖除淤泥包施工 难度过大；而受水深影响，水上施工船舶很难靠近淤泥包，趁高潮位作业时间很短， 并且与爆破施工互相干扰；若采用水陆两栖挖掘机挖除淤泥包，成本过高，与抛石施 工存在干扰。

综上，解决潮间带潮汐作用水位变化情况下爆破挤淤抛石堤施工的堤头端覆盖 水深、爆破位置上覆荷载和局部向上抵抗线问题，对于提高爆破挤淤筑堤施工进度及 工程质量具有重要和迫切的实际意义。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种潮间带爆破挤淤筑堤的引水爆破施工方法，通过 保留潮间带爆破挤淤堤头端淤泥包，利用水泵向堤头与淤泥包之间的V形槽中引水至 足够深度，解决潮间带爆破挤淤堤头端覆盖水深、上覆荷载和局部向上抵抗线问题， 确保爆炸能量沿堤头向前作用，抛石体向前方下沉坍塌滑移至完全落底，提高施工效 率及工程质量。

本发明需要解决的技术关键在于：改进和克服常规潮间带爆破挤淤施工及其设 计方案中有关爆破前挖除堤头端淤泥包阻隔、趁高潮位时海水淹没淤泥包进入V形 槽，以确保起爆时堤头端具有一定水深的技术要求，提供一种适用于潮间带爆破挤淤 筑堤的新型引水爆破施工工艺及成套技术方案。

完成上述本发明任务的技术方案是，一种潮间带爆破挤淤筑堤的引水爆破施工 方法，其特征在于，步骤如下：

⑴爆破作业设计计算，将爆破挤淤填石药量计算公式(见《水运工程爆破技术规范》 (JTS204-2008)中4.3.13.1章中药量计算公式)中的覆盖水深折算为淤泥厚度或上覆 荷载，以计算局部向上抵抗线和最小抵抗线方向；

⑵潮间带爆破挤淤筑堤潮间带爆破挤淤时，保留堤头端隆起的淤泥包，使其作为上 覆荷载的一部分；

⑶利用若干台水泵抽取淤泥包外围的海水引入V形槽，保证水面高度处于淤泥包顶 部以下0～1米范围内，进一步增加并平衡堤头端的上覆荷载和抵抗线高度，减少爆炸 能量散逸；

⑷爆破作业其他准备工作就绪后，起爆炸药，抛石体在水量充足且具有一定含泥量 润滑的状态下，受爆炸压力和振动作用形成“泥石流”，向堤头前方下沉坍塌滑移， 迅速挤入淤泥空腔中，形成坡度平缓的“石舌”；

⑸该次爆破完成后继续抛石，使得爆破挤入淤泥地基中的抛石体在上部抛石荷载作 用下继续沿定向滑移并继续向前方下沉滑移，抛石体落底达到平衡后滑移停止；

⑹在堤端为下一次爆破作业抛填所需要方量的块石，堤端后方继续加高抛填至堤身 结构平衡稳定达到设计标高，利用施工机械理坡；

⑺堤头端形成爆前抛石堤纵断面线，在抛石体前端淤泥地基中埋放炸药，准备下一 次爆破，依此循环。

本发明提供了适用于一种潮间带爆破挤淤筑堤的新型引水爆破施工工艺及成 套技术方案。通过保留堤头端淤泥包，相比于全部或部分挖除淤泥包阻隔，无需动用 水上或两栖挖泥设备，也无需趁高潮或低潮位作业，大幅减少施工工作量、降低工程 成本和提高施工高效率。采用若干台水泵向堤头V形槽中引水至足够深度，该工艺简 便易行、施工灵活，不需要大型设备，也无需侯高潮引水，在平均海水位甚至更低均 可抽水作业，基本不受风浪影响，每天可作业时间8小时以上，能够使堤头V形槽中 全天候保持高水位，即使在小汛期间也能保证堤头端有足够的覆盖水深。

保留淤泥包起蓄水作用，采用若干台水泵向堤头V形槽中引水至足够深度， 一般情况下可根据抛石堤的宽度预备2-3台水泵即可，堤头V形槽中的覆盖水深与堤 头端淤泥包共同作为上覆荷载，确保爆炸能量的作用方向。

因堤头端淤泥包和V形槽中的覆盖水深共同作用，不仅增加了爆破挤淤所需 的荷载，也使得布药机埋设炸药因有了润滑剂(水)而更加易于埋至规定深度，V形 槽中保持足够的覆盖水深对淤泥有浸泡、软化作用，同时增加堤芯抛石对下伏淤泥的 压力，有利于抛石体下沉滑移；抛石体在水量充足且具有一定含泥量的状态下，受爆 炸压力和振动作用形成“泥石流”，向堤头前方下沉坍塌滑移，迅速挤入淤泥空腔， 形成坡度平缓的“石舌”，泥和水对于该“泥石流”的形成至关重要。

本发明提出的潮间带爆破挤淤筑堤的新型引水爆破施工方法，由于V型槽内 水位不受潮位影响，不必等高潮位进行爆破挤淤施工，使得潮间带一天两次爆破作业 成为可能，大大加快了潮间带爆破挤淤施工进度。在本发明由设想到提出并付诸实施 的过程中，经历了“开槽补水”到“水泵引水”的思路调整及优化，经过试验及工后 检测验证，确认“水泵引水爆破挤淤”施工工艺的抛石落底效果较为理想，很快在江 苏东北部某港口航道建设的类似工程中进一步开展了推广应用。本发明改进和克服了 常规潮间带爆破挤淤施工及其设计方案中有关爆破前挖除堤头端淤泥包阻隔的技术 要求，保留堤头端淤泥包作为上覆荷载的一部分，相比于全部或部分挖除淤泥包阻隔， 无需动用水上或两栖挖泥设备，无需趁高潮或低潮位作业，大幅减少施工工作量、降 低工程成本和提高施工效率。

本发明潮间带爆破挤淤筑堤的新型引水爆破施工方法不仅大大加快了潮间带 爆破挤淤筑堤的施工进度，大幅降低工程成本，通过工后钻孔检测，爆破挤淤落底效 果良好，该新型施工工艺对于确保施工质量和提高施工进度具有重要意义。新型“引 水爆破”施工工艺简便易行、无需侯潮作业，且埋药更加方便，抛石体挤淤落底效果 良好，明显提高工程质量及效率具有显著的推广应用价值。以我国东部某港口围堤工 程为例：其围堤总长747米，按照常规施工方法，工期需要375天，采用新型引水爆 破施工方法，仅需要125天即可建成，缩短了66.67％的工期，节省了大量机械、车辆 和人工闲置费用，经计算仅取消挖泥这一项，就节省了近40万的施工成本。

附图说明

图1为本发明中潮间带爆破挤淤筑堤的引水爆破施工方法，沿堤轴线方向的技 术原理图。图中：爆破前抛石前沿线1，爆破后抛石体前沿线2，堤头前端淤泥包3， 堤端加抛块石4，淤泥底部持力层5，爆破后形成的抛石体石舌6，炸药7，堤头水位 8，平均潮位9，水泵引水至V形槽中10，原淤泥地基11，抛石堤身结构12。

具体实施方式

为了使本发明的目的、优化方案及技术步骤更加清楚明白，以下结合附图及具 体实施案例，对本发明方法作进一步详细说明。此处所描述的具体实施案例仅用以解 释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，潮间带爆破挤淤筑堤的引水爆破施工方法。参照图1：

⑴爆破作业设计计算，将爆破挤淤填石药量计算公式，采用《水运工程爆破技 术规范》(JTS204-2008)中4.3.13.1章中药量计算公式中的覆盖水深折算为淤泥厚度 或上覆荷载，以计算局部向上抵抗线和最小抵抗线方向：

q′_L＝q_oL_HH_mw

$H_{\mathrm{mw}}=H_m+\left(\frac{{\gamma }_w}{{\gamma }_m}\right)H_w$

式中q′_L-线布药量(kg/m)，即单位布药长度上分布的药量，炸药为2号岩石硝铵炸药， 采用其他炸药时按附录B确定：

q_o-炸药单耗(kg/m³)，即爆除单位体积淤泥所需的药量，按表4.3.13-1选取；

L_H-爆破排淤填石一次推进的水平距离(m)，按表4.3.13-2选取；

H_mw-计入覆盖水深的折算淤泥厚度(m)；

H_m-置换淤泥厚度(m)，含淤泥包隆起高度；

γ_w-水重度(kN/m³)；

γ_m-淤泥重度(kN/m³)；

H_w-覆盖水深(m)，即泥面以上的水深。

⑵潮间带爆破挤淤筑堤潮间带爆破挤淤时，保留堤头端隆起的淤泥包3，使其作 为上覆荷载的一部分；

⑶利用若干台水泵抽取淤泥包3外围的海水9引入V形槽10，至足够高度(或 深度)8，进一步增加并平衡堤头端的上覆荷载和抵抗线高度，减少爆炸能量散逸；

⑷爆破作业其他准备工作就绪后，起爆炸药7，抛石体1和4在水量8充足且具 有一定含泥量润滑的状态下，受爆炸压力和振动作用形成“泥石流”，向堤头前方下 沉坍塌滑移，迅速挤入淤泥11空腔中，形成坡度平缓的“石舌”6；

⑸该次爆破完成后继续堤身抛石，使得爆破挤入淤泥地基11中的石舌继续向前 方下沉滑移，抛石体落底达到平衡后滑移停止2；

⑹在堤端为下一次爆破作业抛填所需要方量的块石4，堤端后方继续加高抛填至 堤身结构平衡稳定达到设计标高，利用施工机械理坡；

⑺堤头端形成爆前抛石堤纵断面线1，在抛石体前端淤泥地基中埋放炸药7，准 备下一次爆破，依此循环。