CN113202055A - 闭合方量筑堤方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闭合方量筑堤方法，对于水下深厚复杂软土地基筑堤，实行堤根至堤头方向分段顺序施工，设计标准堆载断面，使标准堆载断面理论抛填方量大于最终成型断面理论抛填方量，当前施工段等宽度加高堤身，通过加大堤身抛填堆载，使实际抛填方量达到标准堆载断面理论抛填方量。本发明强制促使爆前实际抛填方量达到理论抛填方量，再用爆炸卸载与成型卸载来降低堤顶标高，能够保证工程质量，使落底标高、堤身标高达到设计要求。

Description

闭合方量筑堤方法

技术领域

本发明涉及水运工程筑堤技术领域。更具体地说，本发明涉及一种闭合方量筑堤方法。

背景技术

爆破挤淤通过在地基中抛填、爆破实现，爆破产生能量使淤泥四向挤出，施工段的抛石体在强烈振动力和爆破负压下下沉实现泥石置换。相对于一般厚度、单一土性软土层而言，深厚复杂软土是指厚度大、具有多层不同强度的淤泥质软土互层分布或夹砂、夹粘土层的软土地基。深厚复杂软土抛石堆载的自重挤淤深度计算是非常复杂的，没有成熟的计算方法。

现有的爆破挤淤的设计施工主要有两大类方法。其一是《水运工程爆破技术规范》的方法，抛填按设计的理论最终成型断面的高程和宽度进行，抛填高程有时会加一个超高量，但仍以达到设定的固定高程为爆破前的重要控制参数，据此确定泥面上和泥面下的堤身高度比，计算炸药单耗以及单次爆破药量。大量的工程实践结果表明，在深厚复杂软土地基条件下，采用上述方法(一个固定的抛填标高)进行爆破挤淤施工，无法保证抛填区段内石料的实际方量能达到理论抛填方量。当爆前抛填石料数量不满足设计要求时，即使增加很大的爆破药量也不能将堤底淤泥处理干净，无法达到最终成型断面对堤身落底深度与宽度的质量要求。其二是控制加载爆炸挤淤置换法系列相关方法，确定堤身抛填高度，集合设计的理论最终成型断面，计算堤身抛填宽度，在抛填宽度控制上采用先加宽抛填，爆后再缩窄堤身宽度的方法，使爆后堤身宽度尤其是堤身两侧平台宽度得到保证，同时尽量减少理坡工作量；由抛填高度和宽度计算堤身自重加载挤淤深度，确定堤身要达到设计深度还需要挤除的残余淤泥厚度值；通过上述抛填宽度、残余淤泥厚度等参数，确定单药包重量和药包数量，采用上述方法，当爆前抛填石料不满足理论设计方量时，采用先宽后窄的抛填方式，易导致堤身两侧的水下平台石料不足，爆后两侧淤泥包回淤侵占堤身断面，需进行两侧的淤泥包的挖除，增加工程成本和延长工期。现有技术是从爆炸力学发展而来的，认为炸药爆炸能量对处理淤泥具有绝对优势，在这种局限思维下，施工前与施工过程中抛填石料数量控制的重要性被忽视，仅作为一种爆破处理结果事后质量评估手段被使用，这时即使发现石料方量不足也为时已晚。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。

本发明还有一个目的是提供一种闭合方量筑堤方法，其强制促使爆前实际抛填方量达到理论抛填方量，再用爆炸卸载与成型卸载来降低堤顶标高，能够保证工程质量，使落底标高、堤身标高达到设计要求。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种闭合方量筑堤方法，对于水下深厚复杂软土地基筑堤，实行堤根至堤头方向分段顺序施工，设计标准堆载断面，使标准堆载断面理论抛填方量大于最终成型断面理论抛填方量，当前施工段等宽度加高堤身，通过加大堤身抛填堆载，使实际抛填方量等于标准堆载断面理论抛填方量。

优选的是，实际抛填方量V_a等于标准堆载断面理论抛填方量V_c，

V_a＝N_i·v_i

V_c＝L_i·S_i

其中，N_i为抛填车数，v_i为每车平均装载方量，L_i为当前施工段抛填长度，单位为m，S_i为标准堆载断面延米方量，单位为m³/m。

优选的是，施工前，设计标准堆载断面，使其包络最终成型断面在内，标准堆载断面宽度根据堤身结构与淤泥包高度取值。

优选的是，设计标准堆载断面，使其包络最终成型断面在内，且标准堆载断面堤顶高程满足：包络最终成型断面堤顶高程在内，高于设计高水位至少1m以满足陆上推填施工条件，高出淤泥包高程至少3m，淤泥包高程为置换挤出的淤泥隆起标高。

优选的是，当前施工段满足方量闭合条件后进行爆炸卸载。

优选的是，当前施工段与下一施工段的泥石交界处布药，布药参数包括药包数量、间距、埋深、单药包药量，单药包药量考虑深厚复杂软土的液性指数与标贯击数的影响。

优选的是，单药包药量为基础单药包药量经药量调整系数后的用量，基础单药包药量根据置换软土层的厚度取值，药量调整系数k根据深厚复杂软土的液性指数与标贯击数取值。

优选的是，药包埋深根据置换软土层的厚度取值。

优选的是，位于爆炸下沉影响区外的已完成的施工段，通过沉降位移观测，确定堤身沉降趋于收敛，达到设计阈值后，成型卸载挖除相较于最终成型断面多余的石料，理坡，形成最终成型断面。

优选的是，成型卸载实行堤根至堤头方向分段顺序施工，包括挖除石料与理坡，具体为：将每个施工段划分为堤顶施工和堤身施工，堤身搭建水上支撑台，第一挖掘机进行堤顶施工与水上支撑台部位的堤身施工，第二挖掘机进行剩余堤身施工。

本发明至少包括以下有益效果：

控制实际抛填方量强制闭合达到理论抛填方量，考虑深厚复杂软土的流动性指标与强度指标的影响，能够更加精准确定爆炸药量，通过爆炸卸载，挤出基底残留淤泥，降低堤顶标高，多次作用影响下，标高逐步接近最终成型断面，确保抛石体稳定落到持力层，并通过成型卸载使堤身落底标高、堤身宽度满足设计要求，成型卸载的多余石料可以重复使用。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的护岸的标准堆载断面与理论最终成型断面的示意图；

图2为本发明的防波堤的标准堆载断面与理论最终成型断面的示意图；

图3为本发明的动态强制闭合抛填的断面示意图；

图4为本发明的动态强制闭合抛填的俯视示意图；

图5为本发明的成型卸载回挖形成理论最终成型断面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得；在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“设置”应做广义理解，例如，可以是固定相连、设置，也可以是可拆卸连接、设置，或一体地连接、设置。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。术语“横向”、“纵向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，并不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

如图1-2所示，本发明提供一种闭合方量筑堤方法，对于水下深厚复杂软土地基筑堤，实行堤根至堤头方向分段顺序施工，确定一个推进长度值，循环进行每个施工段的施工过程，直至达到设计堤长，由于抛石体的自身强度和重度比淤泥质软土的强度和重度大得多，而本方法作用的深厚复杂软土的液性指数相对较高，具有一定的流动性，只要有足够高的抛石堆载，在巨大的堆载压力下会挤出基底淤泥，但必须强制促使爆前抛填方量达到理论设计方量，依据结构施工图确定爆后最终成型断面，设计爆前的标准堆载断面，使标准堆载断面理论抛填方量大于最终成型断面理论抛填方量，在施工中不以抛填的固定标高作为关键控制参数，而是通过动态控制，当前施工段强制不断地等宽度加高堤身，通过抛填加大堤身抛填堆载产生远比最终成型断面在地基上产生的应力大得多的预压荷载，促使堤身在巨大的自重下尽量下沉，使实际抛填方量等于标准堆载断面理论抛填方量，即强制达到了方量的闭合条件。

在上述技术方案中，控制实际抛填方量强制闭合达到理论抛填方量，考虑深厚复杂软土的流动性指标与强度指标的影响，能够更加精准确定爆炸药量，确保抛石体稳定落到持力层。

在另一种技术方案中，根据现场抛填堤身自然下沉的规律，结合爆炸卸载时堤身下沉的影响范围，从堤根向堤头方向起坡抛填，不断加高堤身高度，促使堤身在较高的抛石堆载及重载车辆等设备的碾压作用下不断下沉挤淤，直至满足如下条件，实际抛填方量V_a等于标准堆载断面理论抛填方量V_c，

V_a＝N_i·v_i

V_c＝L_i·S_i

其中，N_i为抛填车数，v_i为每车平均装载方量，L_i为当前施工段抛填长度，单位为m，S_i为标准堆载断面延米方量，单位为m³/m。动态强制闭合抛填如图3-4所示，当抛填满足上述条件时，进行爆炸卸载。

在另一种技术方案中，施工前，设计标准堆载断面，使其包络最终成型断面在内，标准堆载断面宽度根据堤身结构尺寸与淤泥包高度取值。护岸如图1所示，防波堤如图2所示，实线部分为最终成型断面，虚线部分为标准堆载断面，二者之间为最终的卸载区，B_b为最终成型断面堤身落底宽度，单位m，取值应满足使最终成型的设计断面满足整体稳定要求及必要的构造要求，B_r为标准堆载断面宽度，单位m，取值应满足使最终成型断面完全包络在标准堆载断面宽度内，H_f为最终成型断面堤顶高程，单位m，H为标准堆载断面堤顶高程，单位m，最终成型断面其他宽度尺寸均应在标准堆载断面的包络线内，H_o为深厚复杂软土原始海底高程，单位m，h为置换软土厚度，单位m，淤泥包高程H_u为置换挤出的淤泥隆起标高，单位m，取堤身前方10m范围内淤泥包隆起的平均高程，标准堆载断面宽度B_r根据堤身结构尺寸与淤泥包高度H’取值，H’＝H_u-H_o，H’为淤泥包高度，单位m，取值受置换软土厚度、软土物理力学性质、延米置换软土方量、海流波浪条件、施工推进速度等多种因素影响，H’可根据表1取经验值，在施工中，如果实际测量的淤泥包高度明显偏小或明显偏大(例如在风浪影响下)再进行标准堆载断面宽度B_r的调整。最终成型断面的结构尺寸越大B_r就需要越大，淤泥包高度H’越高B_r就越大，置换软土厚度h与淤泥包高度H’会发生变化，施工过程中应针对这些变化对B_r做出调整。

表1H’取值

置换软土厚度(m)	15～25	25～35	35～45
				H’	3.0～5.0	4.0～6.0	5.0～7.0

在另一种技术方案中，设计标准堆载断面，使其包络理论最终成型断面在内，且标准堆载断面堤顶高程H满足：包络最终成型断面堤顶高程H_f在内，高于设计高水位至少1m以满足陆上推填施工条件，高出淤泥包高程H_u至少3m，符合以上要求能够确保抛填效果，强制方量闭合。

在另一种技术方案中，当前施工段满足方量闭合条件后进行爆炸卸载。即在当前施工段前方的泥石交界面布设群药包，实施爆炸卸载，利用爆炸对堤身产生的动载和堤前淤泥的弱化，产生冲剪破坏，使堤身整式挤淤，挤出基底残留淤泥，降低堤顶标高，多次作用影响下，标高逐步接近最终成型断面，使落底标高、堤身标高逐步接近设计要求。

在另一种技术方案中，当前施工段与下一施工段的泥石交界处布药，布药参数包括药包数量n、间距a、埋深h_i、单药包药量，单药包药量考虑深厚复杂软土的液性指数I_L与标贯击数N的影响。药包数量n＝int(B’/a)+1，B’为当前施工段的泥石交界线的长度，单位m，药包间距a＝3.0m-4.0m，药包埋深h_i的控制原则为，要充分保证炸药爆炸产生的能量主要作用于地基土，减少因爆生气体向上突出而消耗爆炸的有效做功能量，同时要考虑常规民用炸药在过深的埋深下，由于压力太大，导致炸药的密度发生较大变化，炸药会产生不完全爆炸或拒爆，由于深厚复杂软土厚度大、具有多层不同强度的淤泥质软土互层分布或夹砂、夹粘土层，单药包药量Q_i不可直接通过水运工程爆破技术规范JTS204-2008读取，应考虑深厚复杂软土的物理力学性质，在设计时选择液性指数与标贯击数作为关键影响参数。

在另一种技术方案中，单药包药量Q_i为基础单药包药量q经药量调整系数k后的用量，基础单药包药量q根据置换软土厚度h取值，单位kg，可根据表2取值，药量调整系数k根据深厚复杂软土的液性指数与标贯击数取值，可根据表3取值。

表2q值

置换软土厚度(m)	15	20	25	30	35	40	45
								q	36	42	48	54	60	66	72

表3k值

	N≤1	1<N<3
			1&lt;I<sub>L</sub>&lt;1.5	1.0～1.1	1.1～1.2
1.5&lt;I<sub>L</sub>	0.9～1.0	1.0～1.1

在另一种技术方案中，药包埋深h_i，单位m，是折算深度，考虑水深影响，根据置换软土厚度h取值，可根据表4取值。

表4h_i取值

置换软土厚度(m)	15	20	25	30	35	40	≥45
								h<sub>i</sub>	8	9	11	13	14	15	16

在另一种技术方案中，循环进行抛填-爆炸过程，在爆炸卸载完成一定长度后，如图5所示，对位于爆炸下沉影响区外的已完成的施工段，通过沉降位移观测，确定堤身沉降趋于收敛，达到设计阈值，进行成型卸载，用挖掘机、船载挖掘机械等，挖除相较于最终成型断面多余的石料，理坡，形成最终成型断面，实现快速、经济、简单施工，确保工程质量控制和工程进度。

在另一种技术方案中，成型卸载实行堤根至堤头方向分段顺序施工，包括挖除石料与理坡，具体为：将每个施工段划分为堤顶施工和堤身施工，堤身搭建水上支撑台，第一挖掘机进行堤顶施工与水上支撑台部位的堤身施工，第二挖掘机进行剩余堤身施工。

筑防波堤时包括：

步骤1)将每个施工段的堤顶施工段划分为左侧堤顶、右侧堤顶，堤身施工段划分为左侧堤身、右侧堤身；

步骤2)对于当前施工段，第一挖掘机首先对左侧堤顶的前半部分进行成型卸载，然后行进至已完工的左侧堤顶的前半部分，对左侧堤顶的前半部分的邻接部分进行成型卸载，最后对左侧堤顶的后半部分进行成型卸载，并对已完工的左侧堤顶的前半部分的邻接部分搭建左侧堤身水上支撑台，本步骤施工过程中，右侧堤顶形成通行通道；

步骤3)对于当前施工段，第一挖掘机首先对右侧堤顶的前半部分进行成型卸载，然后行进至已完工的右侧堤顶的前半部分，对右侧堤顶的前半部分的邻接部分进行成型卸载，最后对右侧堤顶的后半部分进行成型卸载；同时，对于当前施工段，第二挖掘机首先行进至左侧堤身水上支撑台，对左侧堤身水上支撑台至堤脚处进行成型卸载，然后对左侧堤身的剩余部分进行成型卸载，最后驶离左侧堤身水上支撑台，拆除左侧堤身水上支撑台，搭建右侧堤身水上支撑台，本步骤施工过程中，左侧堤顶形成通行通道；

步骤4)对于下一施工段，第一挖掘机首先对左侧堤顶的前半部分进行成型卸载，然后行进至已完工的左侧堤顶的前半部分，对左侧堤顶的前半部分的邻接部分进行成型卸载，最后对左侧堤顶的后半部分进行成型卸载；同时，对于当前施工段，第二挖掘机首先行进至右侧堤身水上支撑台，对右侧堤身水上支撑台至堤脚处进行成型卸载，然后对右侧堤身的剩余部分进行成型卸载，最后拆除右侧堤身水上支撑台，搭建下一施工段左侧堤身水上支撑台，本步骤施工过程中，右侧堤顶形成通行通道；

步骤5)重复步骤3)-4)，至完成所有施工段的成型卸载。

筑护岸时包括：

步骤1)对于当前施工段，第一挖掘机首先对堤顶的前半部分进行成型卸载，然后行进至已完工的堤顶的前半部分，对堤顶的前半部分的邻接部分进行成型卸载，最后对堤顶的后半部分进行成型卸载，并对已完工的堤顶的前半部分的邻接部分搭建堤身水上支撑台；

步骤2)对于下一施工段，第一挖掘机首先对堤顶的前半部分进行成型卸载，然后行进至已完工的堤顶的前半部分，对堤顶的前半部分的邻接部分进行成型卸载，最后对堤顶的后半部分进行成型卸载；同时，对于当前施工段，第二挖掘机首先行进至堤身水上支撑台，对堤身水上支撑台至堤脚处进行成型卸载，然后对堤身的剩余部分进行成型卸载，最后驶离堤身水上支撑台，拆除堤身水上支撑台，搭建下一施工段的堤身水上支撑台；

步骤3)重复步骤2)，至完成所有施工段的成型卸载。

上述技术方案中，第一挖掘机、第二挖掘机配合进行赶潮流水作业，水上支撑台通过搭建拆卸可循环利用，能够增大陆上施工范围，施工秩序有序、高效，施工质量好、受环境影响小，能够预留通行通道，便于同时期进行抛填、爆炸作业与防台的物料运输。

这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.闭合方量筑堤方法，其特征在于，对于水下深厚复杂软土地基筑堤，实行堤根至堤头方向分段顺序施工，设计标准堆载断面，使标准堆载断面理论抛填方量大于最终成型断面理论抛填方量，当前施工段等宽度加高堤身，通过加大堤身抛填堆载，使实际抛填方量等于标准堆载断面理论抛填方量。

2.如权利要求1所述的闭合方量筑堤方法，其特征在于，实际抛填方量V_a等于标准堆载断面理论抛填方量V_c，

V_a＝N_i·v_i

V_c＝L_i·S_i

其中，N_i为抛填车数，v_i为每车平均装载方量，L_i为当前施工段抛填长度，单位为m，S_i为标准堆载断面延米方量，单位为m³/m。

3.如权利要求1所述的闭合方量筑堤方法，其特征在于，施工前，设计标准堆载断面，使其包络最终成型断面在内，标准堆载断面宽度根据堤身结构与淤泥包高度取值。

4.如权利要求3所述的闭合方量筑堤方法，其特征在于，设计标准堆载断面，使其包络最终成型断面在内，且标准堆载断面堤顶高程满足：包络最终成型断面堤顶高程在内，高于设计高水位至少1m以满足陆上推填施工条件，高出淤泥包高程至少3m，淤泥包高程为置换挤出的淤泥隆起标高。

5.如权利要求1所述的闭合方量筑堤方法，其特征在于，当前施工段满足方量闭合条件后进行爆炸卸载。

6.如权利要求5所述的闭合方量筑堤方法，其特征在于，当前施工段与下一施工段的泥石交界处布药，布药参数包括药包数量、间距、埋深、单药包药量，单药包药量考虑深厚复杂软土的液性指数与标贯击数的影响。

7.如权利要求6所述的闭合方量筑堤方法，其特征在于，单药包药量为基础单药包药量经药量调整系数后的用量，基础单药包药量根据置换软土层的厚度取值，药量调整系数k根据深厚复杂软土的液性指数与标贯击数取值。

8.如权利要求6所述的闭合方量筑堤方法，其特征在于，药包埋深根据置换软土层的厚度取值。

9.如权利要求5所述的闭合方量筑堤方法，其特征在于，位于爆炸下沉影响区外的已完成的施工段，通过沉降位移观测，确定堤身沉降趋于收敛，达到设计阈值后，成型卸载挖除相较于最终成型断面多余的石料，理坡，形成最终成型断面。

10.如权利要求9所述的闭合方量筑堤方法，其特征在于，成型卸载实行堤根至堤头方向分段顺序施工，包括挖除石料与理坡，具体为：将每个施工段划分为堤顶施工和堤身施工，堤身搭建水上支撑台，第一挖掘机进行堤顶施工与水上支撑台部位的堤身施工，第二挖掘机进行剩余堤身施工。

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