CN1104533C - 加密水下抛砂基床的爆夯方法 - Google Patents

Abstract

一种加密水下抛砂基床的爆夯方法，其是首先在水下基床位置清淤，水下抛填砂基，当抛填的砂基达到一定进尺和高程后，在砂基表面网格状布置药包，并引爆上述药包，其中：药包的单个重量有效作用范围半径应遵循以下公式计算R作为药包密实砂基有效作用范围半径，方形网格布置的药包的距离a、b与R的关系为a≌2R、b≌2R，本发明具有施工质量好、施工速度快的明显优势。

Description

加密水下抛砂基床的爆夯方法

技术领域

本发明属于水下爆炸工程，地基加密工程，特别是指加密水下抛砂基床的爆夯方法。

背景技术

水下抛砂基床密实在国内一直采用振冲法，它需专用大型设备，长时间水上作业，施工进度慢。前苏联等国家在一些土壤加密工程中采用了爆夯密实技术，根据有关文献看出，其水下砂基的密实所使用的药量很大，而密实厚度较小，存在明显的技术经济缺陷，完全不适合我国工程建设采用。为了改进砂基密实的传统方法，国内多家单位进行了爆炸密实砂基的理论研究和开发应用工作，但所取得的成果在技术经济指标上较之前苏联等国家仍未有明显的进步，都还不能够推广应用于建设中，致使振冲法密实砂基在国内仍是不可取代的密实砂基的唯一方法。

振冲法因设备复杂，施工速度慢，制约了工程建设的进度和工期，而已有的国外爆夯技术因炸药用量大、工艺复杂等技术经济问题并不适合国内采用。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种加密水下抛砂基床的爆夯方法，其是为了提高生产率，对传统工艺进行新技术改造和革新，探索一套经济节省、速度快、质量好的砂基密实方法。

本发明加密水下抛砂基床的爆夯方法，其实现方法是：首先在水下基床位置清淤，水下抛填砂基，当抛填的砂基达到一定进尺和高程后，在砂基表面网格状布置炸药包，并引爆上述药包，单个药包的重量有效作用范围半径应遵循以下公式计算 $R={\left(\frac{3{\mathrm{\αQ}}_{c}Q}{4\mathrm{\π}(P_0+\mathrm{\γgD})}\right)}^{\frac{1}{3}}$

据此可估算网格状布置的药包的距离a、b与单个药包有效作用范围半径R的关系为 $a\≅2R,b\≅2R$ 单个药包的重量确定后，其爆夯的遍数则由以下公式计算 $N=K\frac{\mathrm{abH}}{Q}$

为预测爆炸密实的效果，可由以下公式估算爆夯完成后砂基密实度的增长量 ${\mathrm{\ΔD}}_r=4(3+{10K}^{\frac{1}{3}})e^{-0.06D_r}$

土壤的爆炸密实是以其中的孔隙水为介质传播炸药爆炸的冲击波等动载作用力完成的。土壤越松散，其间的孔隙就越大，爆炸波越易引起土壤骨架的相对运动，使土壤得到较好的密实。土壤得到密实的难易程度还与其颗粒的大水及级配相关，以大粒径为代表的块石地基相对于细小粒径的砂地基爆炸加密更容易一些，因为前者一般级配较好，在爆炸作用力的扰动下，较小块石更容易挤出孔隙水而填满孔隙，而后者孔隙较小，孔隙水较难被挤出而得到密实。这只是对砂基较难密实的一种形象解释，其实际过程是以液化——固结为特征的。

附图说明

为进一步说明本发明的特征和所达成的功效，以下结合附图以及实施例对本发明作进一步的说明，其中：

图1是本发明水下基床断面示意图，显示砂基和药包的位置。

图2是本发明的单元布药网格示意图，显示单元药包的相对距离。

具体实施方式

如图1所示的水下基床断面图，其中，1为药包、2为淤泥、3为砂基；图2中，4为药包有效作用范围。本发明首先是在水下基床位置清淤，水下抛填砂基，当抛填的砂基达到一定进尺和高程后，在砂基表面网格状布置炸药包，并引爆上述药包。药包爆炸后，在水下冲击波及地基振动的强动载作用下，饱和松散砂立即液化，这加速了孔隙水的排出并同时引起砂粒的相对运动，经过砂粒结构重排，使其中的孔隙减小，固结后达到较密实的状态。爆炸密实的效果与砂基的初始状态最为相关，经过实验室试验，公式(1)给出了砂基经爆炸相对密度的提高与其初始相对密度的关系，据此可预测爆炸密实的效果，为工程施工提供参考。

根据水下爆炸理论知，炸药爆炸后将在药包处由爆炸气体产物生成水下气泡并向上传播，本发明认为气泡第一次膨胀的最大半径为炸药包对砂体的有效作用范围半径，由此可决定实际施工中的炸药布置方案。公式(2)给出了炸药爆炸后产生的有效作用范围半径的计算方法，实际施工中药包布置成方形网格，由于一般水下基床很长而宽度较窄，故布药及起爆均沿基床长度方向顺序进行，最典型的布药单元网格如图2所示，其中药包排距及间距按公式(3)近似计算。

从实验室试验知，小药量多次爆炸对砂体的密实度的效果具有积极的累加作用，即爆炸同等重量的炸药，分多次爆炸的累加效果较全部药量一次爆炸的效果好，在根据环境选择了单次起爆的最大单个药包重量后，砂基达到工程设计密实度所需爆夯遍数按公式(4)估算。 ${\mathrm{\ΔD}}_r=4(3+{10K}^{\frac{1}{3}})e^{-0.06D_r}---\left(1\right)$ $R={\left(\frac{3{\mathrm{\αQ}}_{c}Q}{4\mathrm{\π}(P_0+\mathrm{\γgD})}\right)}^{\frac{1}{3}}---\left(2\right)$ $a\≅2R,b\≅2R---\left(3\right)$ $N=K\frac{\mathrm{abH}}{Q}---\left(4\right)$ 其中：

D_r——砂基初始相对密度，％；

ΔDr——爆夯后砂基相对密度增量，％；

e——指数，2.178；

K——修正系数，0.05～0.1kg/m³；

H——砂基厚度，m；

D——基床水深，m；

Q——单个药包重量，0.5～20kg，一般由环境安全情况决定；

R——药包的单个重量有效作用范围半径，m；

a，b——分别为炸药包布置时药包的排距和药包间距，m；

N——砂基达到密实状态所需的爆夯遍数，调整相关参数取为整数；

Q_c——炸药比热；

α——炸药气泡能量利用系数，0.35～0.5；

γ——水比重， kg/m³；

g——重力加速度，9.8/s²；

P₀——大气常压力，101325N/m²；

根据水下爆炸理论及实验室砂基密实试验结果发明的爆夯密实砂基方法，适用于复杂环境，其技术经济指标较机械振冲法具有明显的优势，完全实现了发明的目的。相对于振冲法及国外爆夯法密实砂基，爆夯密实砂基方法具有如下特点和效果：

(1)、设备及工艺简单

爆夯方法无须专用船机设备，水上作业时间短，操作简单，受外界影响小。

(2)、质量好、速度快

炸药爆炸的瞬态完成特性以及爆炸产物在水中形成的气泡的脉动因素，使爆夯方法具有快速及重复加载的作用特性，这促使砂基液化、排水固结的过程变快，密实质量得到提高。一般情况下，爆夯方法施工的时间仅是振冲密实法的～ ，砂基密实度比振冲法提高标贯击数3～5击。

(3)、经济节省

爆夯密实砂基方法经济节省表现在2个方面，其一是工程费用低，直接效果是降低工程造价；其二是节省工期，通过大大缩短砂基密实的施工时间，能够间接地大量节省整个工程建设的造价。

(4)、安全度高

爆夯方法与国外爆夯法相比，大大降低了炸药的使用量，密实同等环境下的抛砂基床，爆夯方法所用炸药量只有国外技术的

这不但使爆夯方法降低了劳动强度，而且大大减小了地基振动及水下冲击波的危害，提高了施工的安全性，使爆夯方法能广泛应用于复杂环境中，极易推广应用。

实施例1：

当抛砂基床长214m，抛砂厚H＝5.3m，水深D＝14m，抛砂基床初始相对密度约D_r＝20％，标贯击数5～7击时，设计要求抛砂密实度达到15击标贯击数。根据现场安全情况选取Q＝2kg，K=0.08kg/m³，α＝0.05，Q_c＝4.18×10⁶J，根据(2)(3)(4)式计算，确定该码头的爆夯参数如下：Q＝2.0kg，a＝3.3m，b＝3.0m，N＝2。根据该参数经过2遍爆夯后进行标贯击数的质量检验，证明全部达到密实度要求。经统计，90％以上标贯点击数≥18击，平均标贯击数为23击，远远超过设计标准。

根据公式(1)还可对每次爆夯相对密度的变化做一粗略估计，如果砂基床初始相对密度为20％，则由公式(1)计算第一遍爆夯后，相对密度增量为9％，这使砂体达到29％的相对密度，则第二遍爆夯后，相对密度增量5％，砂体达到34％的相对密度，这已使砂体达到较为密实状态，再进行第三遍爆夯估计只能增加约4％相对密度，已无必要了。因为相对密度在工程应用中较难测量，所以一般不以此指标判断砂基密实度的情况，而采用标贯击数法。

实施例2：

当一段基床长90m，基床抛砂厚度H＝13.30m，水深D＝15m，抛砂基床初始相对密度D_r＝20％，标贯击数5～7击时，设计要求抛砂密实度达到15击标贯击数。根据现场情况选取Q＝6.0kg，K＝0.08kg/m³，α＝0.5，Q_c＝4.18×10⁶J，根据公式(2)、(3)、(4)计算，确定该码头的爆夯参数如下：Q＝6.0kg，a＝4.0m，b＝3.3m，N＝2。根据所确定的参数经过2遍爆夯后进行标贯击数的质量检验，证明全部达到密实度要求。经统计，90％以上标贯点击数≥18击，平均标贯击数为21击，远远超过设计标准。

Claims (4)

1、一种加密水下抛砂基床的爆夯方法，首先在水下基床位置清淤，水下抛填砂基，当抛填的砂基达到一定进尺和高程后，在砂基表面网格状布置炸药包，并引爆上述药包，其特征在于，

药包的单个重量有效作用范围半径应遵循以下公式计算 $R={\left(\frac{3{\mathrm{\αQ}}_{c}Q}{4\mathrm{\π}(P_0+\mathrm{\γgD})}\right)}^{\frac{1}{3}}$

其中：D为基床水深，m；Q为单个药包重量，0.5～20kg；R为药包的单个重量有效作用范围半径，m；Q_c为炸药比热；α为炸药气泡能量利用系数，0.35～0.5；g为重力加速度，9.8m/s²；P₀为大气常压力，101325N/m²；γ为水比重，kg/m³

2、按权利要求1所述的一种加密水下抛砂基床的爆夯方法，其特征在于，网格状布置的炸药包的距离a、b与单个药包有效作用范围半径R的关系为 $a\≅2R$ ， $b\≅2R$ ；其中：a，b分别为炸药包布置时药包的排距和药包间距，m。

3、按权利要求1所述的一种加密水下抛砂基床的爆夯方法，其特征在于，单个药包的重量确定后，其爆夯的遍数则由以下公式计算 $N=K\frac{\mathrm{abH}}{Q}$

其中：N为砂基达到密实状态所需的爆夯遍数；K为修正系数，0.05～0.1kg/m³；H为砂基厚度，m。

4、按权利要求1所述的一种加密水下抛砂基床的爆夯方法，其特征在于，为预测爆炸密实的效果，可由以下公式估算爆夯完成后砂基密实度的增长量， ${\mathrm{\ΔD}}_r=4(3+{10K}^{\frac{1}{3}})e^{-0.06D_r}$

其中：ΔDr为爆夯后砂基相对密度增量，％；D_r为砂基初始相对密度，％；e为指数，2.178。