CN102251516A - 水抛石爆破挤淤筑堤方法 - Google Patents

Abstract

一种水抛石爆破挤淤筑堤方法，该方法在规定位置分多层进行水抛石抛填，沿着水抛石与周围淤泥的泥石交界线附近在堤身的横向与侧向同时布设药包，使水抛石原位均匀沉降，通过“抛填-爆破-抛填”循环作业多次实现泥石置换，形成稳定的堤身基础。本发明的方法适用于不具备陆上推进施工条件的海堤、码头以及离岸构筑物等工程的淤泥软基处理。

Description

水抛石爆破挤淤筑堤方法

技术领域

本发明涉及一种水抛石爆破挤淤筑堤方法，用于岛式防波堤、码头等离岸构筑物工程的淤泥软基的施工处理。

背景技术

爆破法处理水下软基的技术已广泛应用于港口防波堤、围海造地等工程，在节约经济、保证安全等方面具有显著的优势。目前，常规的爆破法处理水下软基的技术主要用于陆上抛填的软土地基处理，而不能适用于不具备陆上推进施工的淤泥软基处理。

对于岛式防波堤、码头等离岸构筑物工程的软土地基的处理，通常采用挖泥船进行清除及运输后再进行水抛石施工，或采用基床爆夯方式进行处理。这种处理方式在挖泥后不能及时进行水抛石施工，易造成回淤量大，需要反复处理。另外，现有技术的施工方法仅适用于单个作业面施工，只能陆上单向推进，因而在实际应用中存在效率低、成本高、工期长等缺陷。

发明内容

本发明的目的是提供一种水抛石爆破挤淤筑堤方法，通过在堤身的横向与侧向同时布设药包，一次起爆，使水抛石原位均匀沉降。本发明分多层进行水抛石抛填，通过“抛填-爆破-抛填”循环作业多次实现泥石置换，形成稳定的堤身基础。

根据本发明的目的，提供了一种水抛石爆破挤淤筑堤方法，所述方法包括如下步骤：在规定位置分多层进行水抛石抛填；测算爆破前水抛石厚度；确定炸药包在淤泥层中的埋入深度；沿着水抛石与周围淤泥的泥石交界线附近，在所述确定的埋入深度处布设炸药包以进行爆破作业，使得抛填的水抛石原位沉降到泥下；在所述沉降的水抛石上重复前述步骤，直至所有的水抛石完全落底，形成稳定的堤身基础。

本发明中，在水抛石的横向和侧向同时布设炸药包，一次同时起爆。

其中，所述水抛石抛填的步骤包括在深水部分进行的水抛石粗抛填和在浅水部分进行的水抛石细抛填。并且所述水抛石粗抛填分为多层顺序施工，形成第一水抛石层，所述水抛石细抛填是在所述第一水抛石层上进行细抛填以形成第二水抛石层。

优选的，所述水抛石细抛填是分为多段顺序施工。

其中，所述埋入深度是在水抛石底面位置处，或者是在水抛石底面以下的附近位置。

优选的，本发明的水抛石抛填步骤的单循环进尺在12～15米范围内。

并且，根据本发明的施工方法可以实现在堤身的多个工作面同时进行水抛石抛填和爆破作业。

如上所述，本发明是针对岛式防波堤、码头等离岸构筑物等提供一种水抛石水下淤泥质软地基爆炸处理方法。该方法根据水抛石施工的特性进行分层抛填，根据水抛石的厚度控制最佳布药位置。利用爆炸作用机理，横向与侧向同时布设药包，对淤泥质软基原位扰动，使水抛石原位均匀沉降，通过“抛填-爆破-抛填”循环施工多次后实现泥石置换，直至达到软地基处理的要求。

根据本发明的施工方法，抛填起始位置可以不受工程地理位置或海域水深等自然条件的限制。另外，由于抛填方式不同，可以通过控制堤身自重所能达到的挤淤深度，灵活调整爆破挤淤的施工参数。

本发明的施工方法与现有技术中的方法相比，由于采取水抛石分层施工、堤身横向与侧向爆破联合起爆的方法，使其适用范围更加广泛，尤其适用于深厚软基的处理。由于采用多层抛填及爆炸，形成的水抛石基础密实性及稳定性更好，能减少施工期沉降量。并且能够实现多个作业面同时进行施工，解决常规爆破挤淤筑堤只能陆上单向推进的问题，大大缩短了工期。

附图说明

图1显示了本发明的水抛石爆破挤淤筑堤方法的流程示意图；

图2是水抛石分层粗抛填的断面示意图；

图3是水抛石分段细抛填断面示意图；

图4是爆破挤淤布药横断面示意图；

图5是爆破挤淤布药平面示意图；

图6是一次爆破挤淤后堤身断面示意图；

图7是多次爆破挤淤的堤身断面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。

图1显示了本发明的水抛石爆破挤淤筑堤方法的流程图。

如图1所示，本发明的水抛石爆破挤淤筑堤方法包括下述步骤：

步骤S101，水抛石抛填。即在规定位置分多层进行水抛石抛填。

本步骤是在选定好水抛石抛填的起始位置后，执行水抛石抛填的步骤。所述水抛石抛填步骤包括水抛石粗抛填和水抛石细抛填两个步骤，下文中分别予以详细介绍。

步骤S102，测算爆破前水抛石厚度。即测量并计算在本次爆破前各层水抛石的总厚度。

步骤S103，确定炸药包在淤泥层中的埋入深度。即根据实际工程情况，通过测量和计算得出炸药包在淤泥层中的最佳埋入深度，以便取得最佳的爆破效果。

步骤S104，布设炸药包并执行爆破作业。即沿着水抛石与周围淤泥的泥石交界线附近，在所述确定的埋入深度处布设炸药包以进行爆破作业，使得抛填的水抛石原位沉降到泥下。

步骤S105，重复前述步骤。即在所述沉降的水抛石上重复前述步骤，直至所有的水抛石完全落底，形成稳定的堤身基础。

下面参照图2至图7详细介绍上述各个步骤。

图2是水抛石分层粗抛填的断面示意图。

在图2中，显示了作为离岸构筑物工程(例如防波堤、离岸码头等)的一个具体示例的防波堤的爆破挤淤筑堤的断面施工示意图。其中，虚线表示防波堤轮廓线，实线表示水抛石粗抛填轮廓线。ΔH₁、ΔH₂、…ΔH₆表示每层水抛石厚度。

如图2所示，采用一次抛填量较大的船舶(例如开底驳等)将石料运输至施工部位，进行防波堤深水部分的水抛石粗抛填，石料抛填在水底的淤泥层上，形成第一水抛石层。

这里，水抛石粗抛示例性的分为6层依次进行施工，但不限制于此。实际上，可以根据堤身设计高程、处理淤泥厚度以及施工能力等灵活的确定水抛石的层数，以分层进行水抛石抛填施工。

图3是水抛石分段细抛填断面示意图。

如图3所示，采用船舶上的挖掘机进行水抛石的细抛填，在所述第一水抛石层上形成第二水抛石层。本步骤中，将位于浅水部分的第二水抛石层按顺序分段细抛填至设计施工尺寸。本实施例中，优选的使得第二水抛石层的顶高程(即建筑物顶面的绝对标高值)超过当地高潮水位(当地水平面涨落潮时达到的最大潮高水位)0.5～1.0米。

图3中，第二水抛石层示例性的分为6段(①、②…⑥)分别进行细抛填施工，但本发明不限制于此。

下一步，测算爆破前水抛石厚度。

在上述水抛石抛填的施工步骤中，对每层水抛石的厚度进行测算并记录，由此计算得到爆破前水抛石厚度H_石：

H_石＝ΔH₁+ΔH₂+...+ΔH_i

其中，ΔH_i为第i层水抛石厚度，所述水抛石厚度H_石包括粗抛填和细抛填的所有水抛石的总厚度。每层水抛石的厚度是由该层水抛石的顶高程减去其底高程的差计算得到，其中，顶高程是指建筑物顶面的绝对标高值，底高程是指建筑物底面的绝对标高值，该两个参数值都是在实际施工中测量得到。

在本发明的实施例中，可以根据堤身设计高度、处理淤泥厚度、海洋潮汐规律、船舶的运力、吃水深度等方面因素，确定堤身抛填高程、尺寸、分层厚度等抛填参数。同时，还可以根据各种船舶的不同特点，设计合理、有效、经济的抛填参数。

下一步，确定炸药包在淤泥层中的埋入深度。

水抛石抛填到位后，需要在规定的位置及深度埋入炸药包。本发明中，炸药包的埋入深度优选的在水抛石底面位置处，或者是水抛石底面以下的附近位置。

图4是爆破挤淤布药横断面示意图。如图4所示，也可以通过对需要处理的淤泥层厚度的测算，确定药包在淤泥层中的埋入深度，测算公式为：

Hs₁＝H_石-Hs

Hm₁＝Hm-Hs₁

H_B＝Hs₁+k·Hm₁

其中：Hs为泥面以上水抛石厚度，在实际工程中测量得到；

Hs₁为泥面以下水抛石厚度，在实际工程中测量得到；

Hm为淤泥层的厚度，通常由工程设计单位勘探得到，并在施工图纸上记载以提供给施工单位；

Hm₁为抛填后待处理泥厚度；

H_B为药包埋入淤泥层的深度；

k为一常数值，通常根据实际施工数据分析得出常数k的取值，本发明中优选的取值在0～0.55的范围内，可以根据实际的地质情况在此范围内进行调整。如果K取值小于0，可能会导致埋药位置过浅，炸药包能量不能充分作用于底下淤泥。如果K取值大于0.55，可能会由于埋药过深，对基础的持力层造成破坏，不利于堤身稳定。

下一步，布设药包并进行爆破作业。

在按照上述步骤执行水抛石抛填施工后，在抛填位置形成一小岛，然后可以利用船舶将布药设备运至岛上或直接将布药设备放置于船舶上进行炸药包的布设、爆破作业，使水抛石沉降与水下软基进行置换形成基础。

图5是爆破挤淤布药平面示意图。

如图5所示，沿着水抛石与周围淤泥的泥石交界线附近，在已抛填好的水抛石的横向与侧向进行炸药包布设，布设深度为前面计算得到的药包埋入淤泥层的深度HB。优选的，在该泥石交界线外缘1～2m处布设炸药包。根据施工经验得出，泥石交界线外缘1米以内是泥与石的混合物，比较硬实，不容易将药包穿过它再埋入淤泥以下；另一方面，如果药包布设得太远，超过2米以上，会使药包能量不能充分作用于水抛石底下的淤泥，就会降低扰动，降低爆破效果。

布药设备可以根据施工现场情况放置于堤顶或船舶上进行药包布设。

现有技术中，是在堤身横向爆破(也就是轴向推进堤头爆破)完成一段距离后再进行侧向爆破，是两个独立的工序。而在本发明中，爆破挤淤的施工工艺可以在堤身横向和侧向同时进行爆破，即在水抛石形成的堤身的横向与侧向同时布设炸药包，一次同时起爆，使水抛石整体均匀沉降(如图5所示)。这样，由于横向与侧向爆炸处理同时完成，减少爆破工序，对爆破挤淤工艺进行了调整，为水抛石的抛填作业提供更多的工作时间。

本发明中，单循环进尺优选的控制为12～15米。如图5所示，单循环进尺是指沿堤身轴线前进的水平距离，也就是通过爆破完成一段水抛石与淤泥置换达到的最佳水平前进距离。

图6是一次爆破挤淤后堤身断面示意图。如图6所示，爆破后水抛石原位沉降到水下，形成部分基础，达到爆破挤淤的效果。

本发明中，由于是在水抛石的横向与侧向同时布设炸药包，一次同时起爆，从而能够实现使水抛石整体均匀沉降的效果。

在本发明实施例的爆破施工参数中，爆破排淤填石单位耗药量(即爆除单位体积淤泥所需的药量，简称单耗)q₀(kg/m³)可以根据工程的实际情况确定，通常为0.6～0.8kg/m³。在地质情况不同的情况下，需根据堤身的具体情况对单耗参数进行相应调整。

下一步，循环施工，在沉降的水抛石基础上重复前述步骤。

在爆破后，根据爆破效果可以继续进行水抛石的分层抛填工作，直至达到设计抛填断面，再进行布药、爆破作业。如此多次循环施工，直至堤身水抛石完全落底，形成稳定基础。

此外，可以在堤身的多个工作面同时进行水抛石施工，形成多向推进，从而加快施工进度。

图7是多次爆破挤淤的断面示意图。

如图7所示，在已形成的水抛石基础上再次用船舶进行水抛石的抛填施工，实现原位补高及加宽，以保证堤身的稳定。如此多次循环使堤身水抛石落底，完成一个工作段的水抛石爆破挤淤筑堤。

应注意，本发明实施例中涉及到的水抛石抛填施工的起始位置、堤身抛填高程、尺寸、分层厚度、水抛石的层数等抛填参数的获取方式不属于本发明的讨论范围，而是可以根据堤身设计高度、处理淤泥厚度、海洋潮汐规律、船舶的运力、吃水深度等因素灵活确定。另外，包括一次爆破排淤填石药量、单药包重量、线药量、药包间距等在内的爆破参数，也不属于本发明的讨论范围，而是可以根据实际工程情况灵活确定。

本发明旨在保护一种水抛石爆破挤淤筑堤方法，着重于对现有技术中的爆破法处理水下软基的方法流程进行改进，以实现保证堤身稳定的同时降低后期沉降量的目的，进而节省工期，降低施工成本。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (14)

1.一种水抛石爆破挤淤筑堤方法，所述方法包括如下步骤：

在规定位置分多层进行水抛石抛填；

测算爆破前水抛石厚度；

确定炸药包在淤泥层中的埋入深度；

沿着水抛石与周围淤泥的泥石交界线附近，在所述确定的埋入深度处布设炸药包以进行爆破作业，使得抛填的水抛石原位沉降到泥下；

在所述沉降的水抛石上重复前述步骤，直至所有的水抛石完全落底，形成稳定的堤身基础。

2.根据权利要求1所述的方法，所述布设炸药包的步骤是在水抛石的横向和侧向同时布设炸药包，一次同时起爆。

3.根据权利要求1所述的方法，所述水抛石抛填的步骤包括在深水部分进行的水抛石粗抛填和在浅水部分进行的水抛石细抛填。

4.根据权利要求3所述的方法，所述水抛石粗抛填分为多层顺序施工，形成第一水抛石层。

5.根据权利要求4所述的方法，所述水抛石细抛填是在所述第一水抛石层上进行细抛填以形成第二水抛石层。

6.根据权利要求5所述的方法，所述水抛石细抛填是分为多段顺序施工。

7.根据权利要求6所述的方法，所述第二水抛石层的顶高程超过当地高潮水位0.5～1.0米。

8.根据权利要求1所述的方法，所述测算爆破前水抛石厚度的步骤包括：

测算每层水抛石的厚度；

计算各层水抛石的厚度之和得到爆破前水抛石厚度。

9.根据权利要求1所述的方法，沿着所述泥石交界线外缘1～2米处布设炸药包。

10.根据权利要求1所述的方法，所述埋入深度是在水抛石底面位置处，或者是在水抛石底面以下的附近位置。

11.根据权利要求10所述的方法，通过下述公式计算确定炸药包在淤泥层中的埋入深度H_B：

Hs₁＝H_石-Hs

Hm₁＝Hm-Hs₁

H_B＝Hs₁+k·Hm₁

其中：Hs为泥面以上水抛石厚度；

Hs₁为泥面以下水抛石厚度；

Hm为淤泥层的厚度；

Hm₁为抛填后待处理的泥厚度；

H_B为药包埋入淤泥层的深度；

k为一常数值，在0～0.55的范围内取值。

12.根据权利要求1所述的方法，所述爆破作业的爆破排淤填石单位耗药量为0.6～0.8kg/m³。

13.根据权利要求1所述的方法，所述水抛石抛填步骤的单循环进尺在12～15米范围内。

14.根据前述权利要求任一项所述的方法，在堤身的多个工作面同时进行水抛石抛填和爆破作业。

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