CN108999180A - 一种陆域形成中软土地基整体推进清淤方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种陆域形成中软土地基整体推进清淤方法，该方法采用锯齿状抛填型式，根据中软土地基宽度，分多个抛石体同时进行抛填，每个抛石体的抛填宽度D_i根据淤泥的密度及含水量实时进行动态调整且之间预留一定宽度d_i，并且相邻抛石体进尺间隔一次爆破影响距离L；同时在每个抛石体横向的预留空隙和纵向断面进行布药并进行爆破作业，药包分布均匀，充分利用爆破产生的能量；将淤泥向前挤出，使抛石体横向断面一次落底；形成一个循环进尺的稳定地基基础，上述抛石体重复向前推进，达到处理地基基础的目的，成功解决了深厚淤泥质软土、高含水量、低强度条件下路堤的承载力与变形稳定问题。爆破清淤法以其施工方便、工期较短，实现良好的经济效益。

Description

一种陆域形成中软土地基整体推进清淤方法

技术领域

本发明涉及一种陆域形成中软土地基整体推进清淤方法，用于岸线整理、陆域回填等工程的淤泥软基的施工处理。

背景技术

随着近几年来我国高速公路建设事业的迅猛发展，路线进山、过海遇到了一些新的问题，其中山区沼泽淤泥地基的处理就较困难。由于这种淤泥含水量极高、强度极低和施工环境极差，材料运输和电力供应难度大，而爆破清淤法正好可以在这种条件下应用。

对于岸线整理、陆域回填等工程有较厚淤泥层时，通常采用常规的爆破法处理水下软基的技术，但这种方法爆破工作面小，在需要大面积岸线整理、陆域回填时，导致施工进度较慢，在工期紧张的情况下难以满足施工进度要求。

发明内容

本发明的目的是一种陆域形成中软土地基整体推进清淤方法，该方法采用锯齿状抛填型式，根据中软土地基宽度，分多个抛石体同时进行抛填，一次循环进尺S控制在3～5m，每个抛石体的抛填宽度D根据淤泥的密度及含水量实时进行动态调整且之间预留一定宽度d，并且相邻抛石体进尺间隔一次爆破影响距离L；同时在每个抛石体横向的预留空隙和纵向断面进行布药并进行爆破作业，药包分布均匀，充分利用爆破产生的能量；将淤泥向前挤出，使抛石体横向断面一次落底；形成一个循环进尺的稳定地基基础，上述抛石体重复向前推进，达到处理地基基础的目的。本发明的方法适用于岸线整理、陆域回填等工程的中软土地基处理。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种陆域形成中软土地基整体推进清淤方法，包括以下：

步骤1、根据地质资料、荷载和使用要求，应用抛石体稳定和沉降计算结果选定持力层；

步骤2、分别确定每个抛石体的抛填宽度D_i，每个抛石体之间的预留空隙d_i；

2.1，根据以下公式(1)求出每个抛石体的抛填宽度的D_i，公式如下：

D_i＝(4C+2/3γ_泥h)h/{Hγ_石-(π+2)C-5/3γ_泥h}， (1)

式中，H为抛石体高度，h为抛石体下沉深度，C为淤泥黏聚力，γ_泥为淤泥的重度，单位为kN/m³，γ_石-为抛石体的重度，单位kN/m³，D_i为每个抛石体的抛填宽度，i为正整数；

2.2根据以下公式(2)求出相邻抛石体之间预留宽度d_i为：

d_i＝2(kγ_泥H_泥/γ_石+H)， (2)

式中，d_i为相邻抛石体之间预留宽度，i为正整数，H_泥为淤泥层的厚度，H为抛石体高度，γ_泥为淤泥的重度，单位为kN/m³，γ_石-为抛石体的重度，单位kN/m³，k-为实验常数，k的取值范围为0.4～0.5；

步骤3、确定一次爆破影响距离L；

L＝k₁k₂H_泥

(H_泥-为淤泥层的厚度，k₁、k₂-为实验常数，k₁一般取1.5～3，淤泥性质好取小值，性质差取大值；与淤泥的黏聚力C、内摩擦角φ、含水量w相关；k₂一般取1.2～2.5，单耗大取小值，与炸药单耗q相关)；步骤4、根据以下公式(4)求出抛石体个数N，

N＝n+1， (4)

式中：N为抛石体个数，n为相邻抛石体预留宽度d的个数；

步骤5、确定一次抛填进尺，深厚淤泥的爆破清淤施工，纵向推进不宜采用大进尺，主要抛石体是靠纵向断面多次循环爆破作用逐步下沉落底的，本方法一次抛填进尺S控制在3～5m；

步骤6、在各项检查及放样标记后进行锯齿状抛填，形成爆前剖面；

步骤7、当抛填达到设计值后，在每个抛石体横向的预留空隙和纵向断面进行布药并进行爆破作业，使抛石体下沉实现泥石置换，横向断面一次落底，并形成爆后剖面；

步骤8、爆后补抛，对爆破后的抛石体进行整体向前补抛，达到爆前的设计标高及进尺长度，形成一个稳定循环进尺的地基基础；

步骤9、重复步骤7和8，直至达到软土地基处理的要求。

单响药量

单响药量是保证爆破挤淤效果的重要参数。单响药量过大，不仅浪费炸药，而且对周边环境造成极大的安全隐患，单响药量过小，爆破挤淤效果又达不到要求。

药包间距

爆填药包的间距，一般满足如下关系：

a＝1.4K²(0.062Q 1/3) (6)

式中：K为药包作用范围系数，一般取l0～12；Q为单药包重量，0.062Q。值为球形药包的半径。

装药深度

深厚淤泥的装药深度不能按规范要求选取，药包的作用不是把淤泥完全抛开，而是使淤泥层产生强烈扰动，破坏淤泥层的结构，使其丧失结构强度。所以一般取淤泥厚度的0.4～0.5倍。

本发明的施工方法与现有技术中的方法相比，由于采取横向和纵向同时起爆的方法，使其适用范围更加广泛，用于陆上软土地基的处理，成功解决了深厚淤泥质软土、高含水量、低强度条件下路堤的承载力与变形稳定问题。爆破清淤法以其施工方便、工期较短以及良好的经济效益为特殊条件下的软弱地基处理开辟了一条新途径。

附图说明

图1为本陆域形成中软土地基整体推进清淤方法示意图。

图2为本清淤方法的循环示意图。

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。

如图1-2所示，本发明一种陆域形成中软土地基整体推进清淤方法，该方法采用锯齿状抛填型式，根据中软土地基宽度，分多个抛石体同时进行抛填，每个抛石体的抛填宽度D_i根据淤泥的密度及含水量实时进行动态调整且之间预留一定宽度d_i，并且相邻抛石体进尺间隔一次爆破影响距离L；同时在每个抛石体横向的预留空隙和纵向断面进行布药并进行爆破作业，药包分布均匀，充分利用爆破产生的能量；将淤泥向前挤出，使抛石体横向断面一次落底；形成一个循环进尺的稳定地基基础，上述抛石体重复向前推进，达到处理地基基础的目的。

上述方法的具体包括以下步骤：

步骤1：根据地质资料、荷载和使用要求，应用抛石体稳定和沉降计算结果选定持力层；

步骤2：分别确定每个抛石体的抛填宽度D_i，每个抛石体之间的预留空隙d；

步骤3：根据公式(3)确定一次爆破影响距离L，公式如下：

L＝k₁k₂H_泥，， (3)

式中：H_泥为淤泥层的厚度，k₁和k₂为实验常数，k₁取值范围为1.5～3，k₂取值范围为1.2～2.5；

步骤4：根据以下公式(4)求出抛石体个数N，

N＝n+1， (4)

式中：N为抛石体个数，n为相邻抛石体预留宽度d的个数；

步骤5:确定一次抛填进尺：

根据深厚淤泥的爆破清淤施工，纵向推进不宜采用大进尺，主要抛石体是靠纵向断面多次循环爆破作用逐步下沉落底的，设定一次抛填进尺为S，S＝3～5m；

步骤6：在各项检查及放样标记后进行锯齿状抛填，形成爆前剖面；

步骤7：当抛填达到设计值后，在每个抛石体横向的预留空隙和纵向断面进行布药并进行爆破作业，使抛石体下沉实现泥石置换，横向断面一次落底，并形成爆后剖面；

步骤8：爆后补抛，对爆破后的抛石体进行整体向前补抛，达到爆前的设计标高及进尺长度，形成一个稳定循环进尺的地基基础；

步骤9：重复步骤7和步骤8，直至达到软土地基处理的要求。所述步骤2的具体方法为：

2.1，根据以下公式(1)求出每个抛石体的抛填宽度的D_i，公式如下：

D_i＝(4C+2/3γ_泥h)h/{Hγ_石-(π+2)C-5/3γ_泥h}， (1)

式中，H为抛石体高度，h为抛石体下沉深度，C为淤泥黏聚力，γ_泥为淤泥的重度，单位为kN/m³，γ_石-为抛石体的重度，单位kN/m³，D_i为每个抛石体的抛填宽度，i为正整数；

2.2根据以下公式(2)求出相邻抛石体之间预留宽度d_i为：

d_i＝2(kγ_泥H_泥/γ_石+H)， (2)

式中，d_i为相邻抛石体之间预留宽度，i为正整数，H_泥为淤泥层的厚度，H为抛石体高度，γ_泥为淤泥的重度，单位为kN/m³，γ_石-为抛石体的重度，单位kN/m³，k-为实验常数，k的取值范围为0.4～0.5。

所述步骤6中药包布置方式为：

首先，确定药包间距a,根据公式(5)求出，公式如下：

a＝1.4K²(0.062Q 1/3) (5)

式中：K为药包作用范围系数，K＝l0～12；Q为单药包重量，0.062Q。值为球形药包的半径。

其次，确定药包的布置深度：

因为深厚淤泥的装药深度不能按规范要求选取，药包的作用不是把淤泥完全抛开，而是使淤泥层产生强烈扰动，破坏淤泥层的结构，使其丧失结构强度，所以药包的布置深度为淤泥厚度H_泥的0.4～0.5倍。

一种上述的陆域形成中软土地基整体推进清淤方法适用于岸线整理、陆域回填工程的淤泥软基的施工处理。

实施例：以某岸线整理工程为例，岸线宽度为300m，淤泥层厚度为7m，水深4m，抛石高度为+6m，抛石下沉深度为2.5m，通过检测淤泥层的黏聚力为12kpa，淤泥和抛石重度为16kN/m³和22kN/m³。具体实施步骤如下：

1、根据地质资料、荷载和使用要求，应用抛石体稳定和沉降计算结果选定持力层为-11m；

2、通过抛填宽度公式

D＝(4C+2/3γ_泥h)h/{Hγ_石-(π+2)C-5/3γ_泥h}

(其中H-为抛石高度，h-为抛石下沉深度，C-为淤泥黏聚力，γ_泥和γ_石-分别为淤泥和抛石重度kN/m³)计算出每个抛石体的实际抛填宽度为8m；

3、通过抛石体预留宽度公式

d＝2(kγ_泥H_泥/γ_石+H)

(H_泥-为淤泥层的厚度，H-为抛石高度，γ_泥和γ_石-分别为淤泥和抛石重度kN/m³，k-为实验常数，一般取0.4～0.5)k取0.45，计算出相邻两个抛石体之间的预留宽度为16.5m；

4、确定一次爆破影响距离L；

L＝k₁k₂H_泥

(H_泥-为淤泥层的厚度，k₁、k₂-为实验常数，k₁一般取1.5～3，淤泥性质好取小值，性质差取大值；与淤泥的粘聚力c、内摩擦角φ、含水量w相关；k₂一般取1.2～2.5，单耗大取小值，与炸药单耗q相关)淤泥层性质较好k₁取1.6，k₂取1.3，计算出影响距离为14.5m；

5、确定抛石体抛填数量N；

N＝n+1

(n-为相邻抛石体预留宽度d的个数)n＝300/(16.5+8)≈12，抛石体数量为N＝12+1＝13；

6、确定一次抛填进尺S＝5m；

7、在各项检查及放样标记后进行锯齿状抛填，形成爆前剖面；

8、当抛填达到设计值后，在每个抛石体横向的预留空隙和纵向断面进行布药并进行爆破作业，使抛石体下沉实现泥石置换，横向断面一次落底，并形成爆后剖面；

9、爆后补抛，对爆破后的抛石体进行整体向前补抛，达到爆前的设计标高及进尺长度，形成一个稳定循环进尺的地基基础；

10、重复上述步骤，直至达到软土地基处理的要求。

在爆炸空腔压力及振动作用下，抛石体连同水和淤泥形成泥石流向爆坑内坍塌，产生泥下石舌；爆后石体断面较缓，通常坡度为1：3～1：5。淤泥在爆炸时被扰动，部分淤泥被抛起，在下落过程中与水混合，呈含水量很高的流动状态。其后继续抛石，石舌上淤泥被挤走；下面再循环爆炸、抛石清淤过程，逐渐形成达到持力层的完整抛石体。

陆上爆破清淤法的工作机理与水下有所不同，首要差别在于淤泥本身的性质。水下淤泥含水量约为80％，天然密度约为1.58g/cm³，内摩擦角8°；而山区沟谷淤泥含水量约为6O％，天然密度约为1.8g/cm³，内摩擦角15°性质较水下淤泥好。这种差异导致陆上淤泥爆后爆坑较稳定,可以形成较完整的爆破漏斗。另一方面，由于无水时爆炸软土层难以形成泥石流，也不能形成坡度很缓的泥下石舌，所形成的边坡形状也与水下爆炸时差别较大。陆上爆炸的主要动力不仅是爆炸空腔压力，还包括爆炸振动力和石体的自重压力。爆炸一旦发生，爆炸产生的空腔压力，将土体向外排挤，土体被排挤后形成的空腔将由上部抛石来填充。与此同时，在爆炸瞬间的强大冲击力还使周边土体产生大的超孔隙水压力。冲击作用使土的结构发生破坏，扰乱了正常排水通道，土体渗透性变差，超孔隙水压力难以消散，土体强度降低。工程实践和理论研究表明，在爆炸瞬间，爆炸近区振动加速度可达8g～10g(g为重力加速度)。这就是说爆炸近区石体，相当于瞬间自重增加，产生清淤作用。强度弱化的土体在自重增加的抛石作用下或被挤出或被挤入抛石缝隙，从而达到了置换软土地基的目的。

Claims (5)

1.一种陆域形成中软土地基整体推进清淤方法，其特征在于，该方法采用锯齿状抛填型式，根据中软土地基宽度，分多个抛石体同时进行抛填，每个抛石体的抛填宽度D_i根据淤泥的密度及含水量实时进行动态调整且之间预留一定宽度d_i，并且相邻抛石体进尺间隔一次爆破影响距离L；同时在每个抛石体横向的预留空隙和纵向断面进行布药并进行爆破作业，药包分布均匀，充分利用爆破产生的能量；将淤泥向前挤出，使抛石体横向断面一次落底；形成一个循环进尺的稳定地基基础，上述抛石体重复向前推进，达到处理地基基础的目的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

步骤1：根据地质资料、荷载和使用要求，应用抛石体稳定和沉降计算结果选定持力层；

步骤2：分别确定每个抛石体的抛填宽度D_i，每个抛石体之间的预留空隙d_i；

步骤3、根据公式(3)确定一次爆破影响距离L，公式如下：

L＝k₁k₂H_泥, (3)

式中：H_泥为淤泥层的厚度，k₁和k₂为实验常数，k₁取值范围为1.5～3，k₂取值范围为1.2～2.5；

步骤4：根据以下公式(4)求出抛石体个数N，

N＝n+1， (4)

式中：N为抛石体个数，n为相邻抛石体预留宽度d的个数；

步骤5:确定一次抛填进尺：

根据深厚淤泥的爆破清淤施工，纵向推进不宜采用大进尺，主要抛石体是靠纵向断面多次循环爆破作用逐步下沉落底的，设定一次抛填进尺为S，S＝3～5m；

步骤6：在各项检查及放样标记后进行锯齿状抛填，形成爆前剖面；

步骤7：当抛填达到设计值后，在每个抛石体横向的预留空隙和纵向断面进行布药并进行爆破作业，使抛石体下沉实现泥石置换，横向断面一次落底，并形成爆后剖面；

步骤8：爆后补抛，对爆破后的抛石体进行整体向前补抛，达到爆前的设计标高及进尺长度，形成一个稳定循环进尺的地基基础；

步骤9：重复步骤7和8，直至达到软土地基处理的要求。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2的具体方法为：2.1，根据以下公式(1)求出每个抛石体的抛填宽度的D_i，公式如下：

D_i＝(4C+2/3γ_泥h)h/{Hγ_石-(π+2)C-5/3γ_泥h}， (1)

式中，H为抛石体高度，h为抛石体下沉深度，C为淤泥黏聚力，γ_泥为淤泥的重度，单位为kN/m³，γ_石-为抛石体的重度，单位kN/m³，D_i为每个抛石体的抛填宽度，i为正整数；

2.2根据以下公式(2)求出相邻抛石体之间预留宽度d_i为：

d_i＝2(kγ_泥H_泥/γ_石+H)， (2)

式中，d_i为相邻抛石体之间预留宽度，i为正整数，H_泥为淤泥层的厚度，H为抛石体高度，γ_泥为淤泥的重度，单位为kN/m³，γ_石-为抛石体的重度，单位kN/m³，k-为实验常数，k的取值范围为0.4～0.5。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤6中药包布置方式为：

首先，确定药包间距a,根据公式(6)求出，公式如下：

a＝1.4K²(0.062Q 1/3) (6)

式中：K为药包作用范围系数，K＝l0～12；Q为单药包重量，0.062Q值为球形药包的半径；

其次，确定药包的布置深度：

因为深厚淤泥的装药深度不能按规范要求选取，药包的作用不是把淤泥完全抛开，而是使淤泥层产生强烈扰动，破坏淤泥层的结构，使其丧失结构强度，所以药包的布置深度为淤泥厚度H_泥的0.4～0.5倍。

5.一种如权利要求1-4任意一项所述的陆域形成中软土地基整体推进清淤方法适用于岸线整理、陆域回填工程的淤泥软基的施工处理。