CN102191769A

CN102191769A - 一种卸压爆炸堆石挤淤置换方法

Info

Publication number: CN102191769A
Application number: CN 201010122168
Authority: CN
Inventors: 张建勋; 陈绍文; 刘大寨; 汪旭光
Original assignee: BEIJING ZHANLONG BLASTING DEMOLITION ENGINEERING Co Ltd; GUANGDONG JINDONGHAI GROUP CO Ltd
Current assignee: BEIJING ZHANLONG BLASTING DEMOLITION ENGINEERING Co Ltd; GUANGDONG JINDONGHAI GROUP CO Ltd
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2011-09-21
Anticipated expiration: 2030-03-10
Also published as: CN102191769B

Abstract

一种卸压爆炸堆石挤淤置换方法，主要步骤为：1)根据堆石体几何参数、淤泥软土的物理力学指标和爆炸软化系数统计数据，确定堆石体的抛填几何参数和计算爆炸软化堆石挤淤参数；2)依据土力学中的极限平衡理论，将淤泥自上而下划分为旁载区、朗金被动土压力区和弹塑性区三个分层，按此分层为爆炸对象进行爆炸设计；3)在堆石端以堆石体外边缘为界的淤泥中布设药包，药包布设平面为

形，爆炸形成堆石端的软土卸压范围；4)采用毫秒延时起爆技术，起爆顺序为第一药包→第二药包→第三药包，第一药包与第二药包的时间间隔为50至70毫秒，第二药包与第三药包的时间间隔为60至80毫秒；5)按爆后抛填参数补填堆石。

Description

一种卸压爆炸堆石挤淤置换方法

技术领域

本发明属于爆破、地基处理技术，具体地说，涉及一种卸压爆炸堆石挤淤置换方法。

背景技术

目前，爆炸法置换淤泥软土地基的有代表性的方法有“水下淤泥质软基的爆炸处理法”(简称爆炸排淤填石法)和控制加载爆炸挤淤置换法(简称爆炸挤淤置换法)。

爆炸排淤填石法以“爆炸石舌”法主要机理，起爆的产物推动爆源周围的淤泥等介质向四周运动，在淤泥中形成爆炸空腔，同时将堆石体抬起；爆炸产物卸压后，堆石体连同底部的淤泥向爆坑方向滑落，从而实现泥石置换。爆炸形成的“石舌”的宽度即为置换范围，“石舌”底面的深度即为爆破置换落底的深度，石舌的长度即为爆炸进尺的依据。可见其机理明确，内涵简单，但是，“爆炸石舌”的形成条件不清楚，“石舌”参数不可控，不能保证“爆炸石舌”形成于淤泥层的底部，从而施工质量出现隐患。

爆炸挤淤置换法的机理是基于土工计算原理，依据设计断面的参数，控制抛石的高度和宽度，以抛填代替“爆炸石舌”，技术的关键是填石重力挤淤。其优点是克服利用“爆炸石舌”不能满足设计平台宽度的要求，提高了堤身的整体稳定，重力挤淤方法的利用，降低了爆破单耗，但是受到堤顶设计宽度和抛填车辆的等条件的要求，抛填超高一般为1～3米，从而重力挤淤受到限制，可见是对前者的补充。

从现有的文献可知，在爆炸法置换淤泥软基技术中，各种机理都不能很好地解释清楚爆炸与填石置换的关系，静态的填石体不能填入秒级的爆炸作用形成的空腔；又以药包埋入泥中0.45～0.55倍淤泥深度的爆破设计，爆破作用未影响到药包下部的0.30～0.45倍的淤泥，加之单排布药，同时起爆的简单的爆破技术，不能实现深厚层的爆炸排淤，则爆炸置换的效果降低，存在重大的施工质量隐患。可见，此方法从技术上能处理浅层的淤泥的地基，但对于深厚层淤泥存在着机理和爆破技术的的严重缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卸压爆炸堆石挤淤置换方法。

为实现上述目的，本发明提供的卸压爆炸堆石挤淤置换方法，主要步骤为：

1)根据堆石体几何参数、淤泥软土的物理力学指标和堆石体抛填和爆炸软化系数统计数据，确定堆石体的抛填几何参数和计算爆炸软化堆石挤淤参数；

2)依据土力学中的极限平衡理论，将淤泥自上而下划分为旁载区、朗金被动土压力区和弹塑性区三个分层，按此分层为爆炸对象进行爆炸设计；

3)在堆石端以堆石体外边缘为界的淤泥中布设药包，药包布设平面为双排延时爆炸或单排同时爆炸，爆炸形成堆石端的卸压范围。药包布设为双排延时爆炸时，以弹塑性区的淤泥厚度为爆炸作用对象布设一组条形的第三药包；在第三药包的爆炸空腔半径为边界的距离上分别以旁载区的淤泥厚度和朗金被动土压区的淤泥厚度为爆炸用对象布设条形的第一药包和第二药包，第一药包和第二药包在一条轴线上；其中：

端前布药宽度为泥面高程的设计断面宽度；

端侧布药宽度为1.5×堆石推进长度；

第一药包、第二药包和第三药包的药量按下式计算：

Q＝0.51×W^2.36(0.12+5.86n^1.74)

式中：

Q为对应药量，单位为公斤；

W分别为第一药包的埋深，第一药包至第二药包的距离，第三药包至第二药包的距离，单位为米；

n为爆炸空腔半径与W的比，不大于0.5，取值按爆炸软化系数越小，n越大，反之，n越小；

每个药包的间距为(0.5～2)×nW；

每排药包的排距为(2/3～1)×(n3W3+n1W1)；

起爆顺序为第一药包→第二药包→第三药包，第一药包与第二药包的时间间隔为50至70毫秒，第二药包与第三药包的时间间隔为60至80毫秒；

4)按爆后抛填参数补填堆石。

所述的卸压爆炸堆石挤淤置换方法，其中，步骤1中的堆石体几何参数为堆石体的爆前顶高和爆前顶宽；淤泥软土的物理力学指标为重度、不排水不固结强度和爆炸软化系数；堆石体的抛填几何参数为超高高度和超宽宽度；计算爆炸软化堆石挤淤参数为堆石底深度和旁载长度。

所述的卸压爆炸堆石挤淤置换方法，其中，步骤1中的堆石体的爆前顶高为设计高度+(2至3米)；爆前顶宽为泥面高程设计断面-2×(爆前顶高-泥面高程)。

所述的卸压爆炸堆石挤淤置换方法，其中，步骤3中的堆石推进长度为(2～3)×(n3W3+n1W1)。

所述的卸压爆炸堆石挤淤置换方法，其中，步骤3-步骤6重复进行，直到整个堆石挤淤工程完成。

本发明的卸压爆炸堆石挤淤法以爆炸软化与卸压爆炸机理为指导，采用延时爆破技术进行爆炸参数设计，划分不同的压力淤泥层布设药包，爆炸能量分布合理，淤泥软土爆炸软化作用充分，深部淤泥爆后强度大幅降低，克服了“爆炸排淤填石法”以单排同时起爆的抛掷爆破技术药量过于集中，爆炸能量仅仅作用于淤泥软土的上半部分等在深厚淤泥软土增耗、效率低等方面的不足，从而炸药单耗比规范的设计降低40％以上；克服了“控制加载挤淤置换法”以重力加载和提高单耗来增加挤淤深度的制约，纠正置换深层淤泥软土是爆破排淤作用的错误认识；依据淤泥在堆石体荷载下极限平衡理论中的旁载作用范围作为控制堆石推进长度界限，以爆炸软化作用淤泥软土的宽度设计堆石推进长度，是爆炸软化与爆炸卸压的机理的工艺化主旨，为深厚层淤泥软土的爆炸处理提出了科学的、先进的、低耗的施工技术。

附图说明

图1为本发明的卸压爆炸堆石挤淤置换工艺流程示意图。

具体实施方式

随着工程中处理淤泥厚度不断的增大，爆炸置换深度达30余米，为了提高爆炸法的技术水平，满足工程质量的需要，更好地服务于工程，依据土力学的极限承载力的经典理论，结合爆炸软化作用，采用延时爆炸技术，本发明公开了卸压爆炸堆石挤淤置换方法，从机理和工艺的二个层面上解决爆炸处理深厚淤泥软土地基技术问题。

本发明的卸压爆炸堆石挤淤置换法主机理主要包括：

①爆炸软化淤泥软土后进行的堆石挤淤置换作用：淤泥软土具有流塑-软塑、含水量高、强度低及一定的结构性等特点的材料，爆破主要特性之一是爆炸扰动破坏后强度大大降低，此现象称之为爆炸软化，原强度与爆后强度的比值称为爆炸软化系数，爆炸软化系数可定性地度量爆炸堆石置换淤泥的难易程度，此时堆石体以较短的施工时间抛填到一定的高度，产生的基底重力载荷作用使当淤泥中的附加应力远远大于爆炸软化后的土的抗剪强度，超过了其极限承载力，淤泥软土发生剪切破坏，堆石体下沉，淤泥被挤走置换。随着堆石体挤开淤泥下沉，下部淤泥强度增大，堆石体周围淤泥抬高，旁载载荷增大，淤泥的极限承载力增加，当淤泥的容许承载力不小于堆石体产生的重力荷载时，堆石体在淤泥中停止下沉，堆石体与淤泥组成的结构达到一个临时的平衡状态，完成本次置换过程。

②卸压爆炸堆石挤淤置换作用：堆石体其底部淤泥强度与朗金被动土压力、淤泥的剪切力和旁载等联合组成的承载力下达到的临时平衡，依此划分堆石体周围的淤泥的厚度，并埋设浅、中和深部2～3组药包，采用由上自下的毫秒延时爆炸，在爆炸作用时间内将旁载和被动土压力区淤泥破坏及卸除，淤泥的极限承载力大大降低，堆石体下沉，淤泥被挤走置换。深部药包的爆炸兼起到深层淤泥的爆炸软化作用。可以表述为“爆炸软化-堆石挤淤-卸压爆炸堆石挤淤-爆炸软化补填堆石挤淤”循环组成的一个单元工艺。主要步骤为：

1)根据工程地质资料和结构设计图，掌握堆石体几何参数(高度、宽度)和淤泥软土的物理力学指标(重度、不排水不固结强度、灵敏度)等；

2)依据堆石体抛填和爆炸软化统计数据，确定堆石体的抛填几何参数(超高高度、超宽宽度)和计算爆炸软化堆石挤淤参数(堆石底深度、旁载长度)；

3)依据土力学中的极限平衡理论，将淤泥自上而下划分为旁载区、朗金被动土压力区和弹塑性区三个分层，按此分层为爆炸对象进行爆炸设计；

4)在堆石端以堆石体外边缘为界的淤泥中布设药包，药包布设平面如

形，爆炸形成堆石端的卸压范围。以弹性区的淤泥厚度为爆炸作用对象布设一组条形药包，设为第三药包；在第三药包的爆炸空腔半径为边界的距离上分别以旁载淤泥厚度和朗金被动土压区的淤泥厚度为爆炸用对象布设条形第一药包和第二药包，第一药包和第二药包在一条轴线上；

5)爆破技术：采用毫秒延时起爆技术，起爆顺序为第一药包→第二药包→第三药包，第一药包与第二药包的时间间隔为50～70毫秒，第二药包与第三药包的时间间隔为60～80毫秒；

6)按爆后抛填参数补填堆石，之后按步骤2参数抛填，推进长度为爆炸软化宽度。

卸压爆炸挤淤作用长度为2～3个推进长度，重复步骤3-6，直到完成整个堆石挤淤单位工程形象(参阅见图1)。

卸压爆炸堆石挤淤置换法的工艺参数为：

1)抛填堆石前爆炸软化施工，施工参数为堆石端部的爆炸参数，计算方法见下述参数⑥的端前布药宽度；

2)爆前堆石参数：爆前顶高＝设计高程+(2～3米)；爆前顶宽＝泥面高程设计断面宽度-2×(爆前顶高-泥面高程)；堆石推进长度为爆炸软化宽度，堆石推进长度的计算方法见下述参数⑦；

3)爆炸参数：

①埋药孔径不小于Φ300毫米；

②布药平面位置：首先确定第三药包的平面位置，第三药包距第一药包和第二药包轴线距离(2/3～1)nW米，其次由第三药包推出第一药包和第二药包括位置，第一药包和第二药包括轴线与堆石边缘距离不大于旁载宽度的1/3；

③在抵抗线W小于13米的淤泥软土条件下，药量计算公式为

Q＝0.51×W^2.36(0.12+5.86n^1.74)

式中：

Q为对应药量，单位为公斤；

W分别取药包1的埋深，药包1至药包2的距离，药包3至药包2的距离，单位为米；

④药包间距＝(0.5～2)×nW；

⑤药包排距＝(2/3～1)×(n3W3+n1W1)；

⑥端前布药宽度＝泥面高程的设计断面宽度，端面布药宽度＝1.5×推进长度，端前与端侧布药组成一个

形平面；

⑦堆石推进长度＝(2～3)×(n3W3+n1W1)；

⑧起爆顺序与延时间隔：起爆顺序为第一药包→第二药包→第三药包，第一药包与第二药包的时间间隔为50～70毫秒，第二药包与第三药包的时间间隔为60～80毫秒；

⑨卸压爆炸后堆石补抛填筑，补填参数为设计顶高程和顶宽。

下面举一实施例作详细说明。

(1)工程基本情况：福州可门作业区4#、5#泊位工程的围堤工程的地基采用卸压爆炸堆石挤淤筑堤身基础，堤身为斜坡式陆上抛石堤结构，堆石料为小于5％含泥量的爆破开山石。围堤长度为1889米，堤身设计顶标高为4.05米，顶宽度为9.4米，泥面高程堤宽度为38.3米，外坡比为1∶1.5，内坡比为1∶1.25。表面软土为②₁灰色淤泥。该淤泥具高含水量、高压缩性、极低强度及欠固结等特点。该层在海床中为连续分布，厚度8.45～30.50米，其平均物理力学性质指标为：天然含水量83.6％，天然重度15.1kN/米³，颗粒比重2.66，天然孔隙比2.257，按0～10.0米、10～20.0米和＞20.0米分层统计的十字板抗剪强度分别为11.6kPa、24.0kPa和35.0kPa；三轴(UU)φ_u分别为0.45°、0.65°和1°及c_u分别9.5kPa、18.0kPa和21.5kPa。卸压爆炸堆石置换厚度为9.85～29.80米，见表1所示。堤身持力层为②₂淤泥质粘土混砂。

表1：围堤主要置换参数

设计分段	落底宽度(m)	原泥面标高(m)	落底标高(m)	置换深度(m)	药包平面位置(与堆石边缘距离)(m)
						K0～100	32	-1.00	-10.85	9.85	药3：1.5
K100～200	34	-1.50	-23.64	22.14	药3：1.5，药1&2：7.0
						K200～300	34	-2.00	-26.39	24.39	药3：1.5，药1&2：7.0
K300～400	34	-2.2	-27.56	25.36	药3：1.5，药1&2：7.0
						K400～500	34	-2.50	-29.48	26.98	药3：1.5，药1&2：7.0
K500～590	34	-2.7	-24.26	21.56	药3：1.5，药1&2：7.0
						K590～700	34	-3.00	-22.27	19.27	药3：1.5，药1&2：7.0
K700～750	36	-3.00	-31.01	28.01	药3：1.5，药1&2：7.0
						K750～900	41	-5.00	-33.57	28.57	药3：1.5，药1&2：7.0
K900～1+000	41	-5.00	-33.93	28.93	药3：1.5，药1&2：7.0
						K1+000～1+200	41	-5.00	-33.93	28.93	药3：1.5，药1&2：7.0
K1+200～1+300	41	-4.50	-34.30	29.80	药3：1.5，药1&2：7.0
						K1+300～1+400	41	-3.50	-29.86	26.36	药3：1.5，药1&2：7.0
K1+400～1+504	41	-3.50	-29.58	26.08	药3：1.5，药1&2：7.0
						KE000～155	29	-0.00	-12.47	12.47	药3：1.5
KE934～1+064	36	-2.50	-30.19	27.69	药3：1.5，药1&2：7.0
						KE1+064～1+164	36	-3.00	-31.86	28.86	药3：1.5，药1&2：7.0

注：表1中的药1、药2和药3分别代表说明书中的第一药包、第二药包和第三药包。

(2)参数设计

1)爆前堤身堆石参数设计

爆前顶高＝4.05+2＝6.05米，爆前顶宽＝38.3-2[6.05-(-3.0)]＝20.2米，可见爆前顶宽比设计顶宽9.4米大，是因为堤身两侧含有14米的平台宽度，卸压爆炸后平台与堤身同时完成，确保了平台的形成，提高了平台与堤身完整性。

2)爆炸参数

①埋药孔径φ300毫米；

②布药平面位置：第一、二、三药包平面为与堆石边缘外距离，见表1。

③药量：泥厚≤13米，爆炸软化系数大于3.0，w3＝8～10米、第三药包为15～25公斤；13米＜泥厚≤25米，爆炸软化系数大于2.0，w1＝10米、n1＝0.1、药包1为25～30公斤，w2＝9米、n2＝0.25、药包2为50～55公斤，w3＝5米、n3＝0.3、药包3为20～25公斤；25米＜泥厚，爆炸软化系数大于1.0，w1＝10米、n1＝0.1、药包1为25～30公斤，w2＝9米、n2＝0.25、药包2为50～55公斤，w3＝8米、n3＝0.3、药包3为50公斤。

④药包间距：泥厚≤13米，间距2米；13米＜泥厚≤25米，间距2和2.6米，药包排距5.5米；25米＜泥厚，间距2和2.6米，药包排距4.5米；

⑤布药宽度：端前为38米；端侧分别为6米、9米、12米；

⑥堆石推进长度：泥厚≤13米，长度4米；13米＜泥厚≤25米，长度6米，25米＜泥厚，长度8米；

⑦起爆顺序与延时间隔：起爆顺序为第一药包→第二药包→第三药包，分别用非电导爆管雷管段数为1段、3段和5段，时间间隔为50毫秒，第二药包与第三药包的时间间隔为60毫秒；

⑧爆后补抛参数：顶度为设计高程4.05米，顶宽为9.4米。

(3)施工质量：施工自2007年6月设计，至2009年2月完工，用乳化炸药482995公斤，非电导爆管雷管21874发，单耗为0.25公斤/米³。通过堤身钻探摸检验堤身落底标高小于设计要求的2米，比规范设计炸药节省约44％。

Claims

1.一种卸压爆炸堆石挤淤置换方法，主要步骤为：

1)根据堆石体几何参数、淤泥软土的物理力学指标和爆炸软化系数统计数据，确定堆石体的抛填几何参数和计算爆炸软化堆石挤淤参数；

3)在堆石端以堆石体外边缘为界的淤泥中布设药包，药包布设平面为双排延时爆炸或单排同时爆炸；

4)按爆后抛填参数补填堆石。

2.如权利要求1所述的卸压爆炸堆石挤淤置换方法，其中，步骤1中的堆石体几何参数为堆石体的爆前顶高和爆前顶宽；淤泥软土的物理力学指标为重度、不排水不固结强度和爆炸软化系数；堆石体的抛填几何参数为超高高度和超宽宽度；计算爆炸软化堆石挤淤参数为堆石底深度和旁载长度。

3.如权利要求2所述的卸压爆炸堆石挤淤置换方法，其中，步骤1中的堆石体的爆前顶高为设计高度+(2至3米)；爆前顶宽为泥面高程设计断面-2×(爆前顶高-泥面高程)。

4.如权利要求1所述的卸压爆炸堆石挤淤置换方法，其中，步骤3中的堆石推进长度为(2～3)×(n3W3+n1W1)。

5.如权利要求1所述的卸压爆炸堆石挤淤置换方法，其中，步骤3-步骤6重复进行，直到整个堆石挤淤工程完成。

6.如权利要求1所述的卸压爆炸堆石挤淤置换方法，其中，步骤3中药包布设为双排延时爆炸时，是以弹塑性区的淤泥厚度为爆炸作用对象布设一组条形的第三药包；在第三药包的爆炸空腔半径为边界的距离上分别以旁载区的淤泥厚度和朗金被动土压区的淤泥厚度为爆炸用对象布设条形的第一药包和第二药包，第一药包和第二药包在一条轴线上；其中：

端前布药宽度为泥面高程的设计断面宽度；

端侧布药宽度为1.5×堆石推进长度；

第一药包、第二药包和第三药包的药量按下式计算：

Q＝0.51×W^2.36(0.12+5.86n^1.74)

式中：

Q为对应药量，单位为公斤；

每个药包的间距为(0.5～2)×nW；

每排药包的排距为(2/3～1)×(n3W3+n1W1)

7.如权利要求6所述的卸压爆炸堆石挤淤置换方法，其中，采用双排延时爆炸时，起爆顺序为第一药包→第二药包→第三药包，第一药包与第二药包的时间间隔为50至70毫秒，第二药包与第三药包的时间间隔为60至80毫秒。