專利名稱：控制加載爆炸擠淤置換法的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及爆炸處理軟土地基的方法，具體地說涉及一種控制加載爆炸擠淤置換法，適用于圍堤、防波堤、護岸、滑道、路基等條形基礎以及離岸構筑物等工程的軟土地基處理，特別地適用于對圍堤和防波堤的軟土地基處理。
現(xiàn)有爆炸處理法修筑防波堤等在實際應用中存在一些缺陷，如受爆炸效果的限制和泥、石互動的影響，易造成拋填體最終斷面和落底深度難以控制，尤其是在深厚淤泥軟基上筑堤時產生堤身落底深度不夠，不易甚至不能做到全清淤處理。由于淤泥具有強度低、壓縮性高以及透水性低等不利性質，使部分清淤后快速筑堤可能產生失穩(wěn)和沉降變形過大等工程問題，而且這些只能在施工完畢后才能進行檢測。同時，淤泥深厚的情況下，還存在堤身兩側平臺不穩(wěn)定、且坡面理坡工作量大等缺點。
此外，現(xiàn)有爆炸處理軟基方法強調一次實現(xiàn)爆炸排淤，使堤身底面達到持力層，這需要的藥量較大，而這無論從經(jīng)濟角度，安全性還是環(huán)保要求來看，都存在一定的不足。首先，從經(jīng)濟方面考慮，爆炸用藥本身成本較大；其次，藥量較大的單炮爆破還可能對附近的建筑物造成潛在的危害，這也使該方法的使用受到一定的限制；最后，爆炸產生的大量的有害氣體以及噪聲等對周圍的環(huán)境也有不利的影響。
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術中存在的問題，在總結拋石擠淤和爆炸處理軟基技術優(yōu)缺點的基礎上，采用對拋填加載和爆炸荷載實施聯(lián)合控制的手段，使擠淤過程按設計進行。本發(fā)明既適用于無覆蓋水的軟土地基處理，也適用于有覆蓋水的軟土地基處理。
為實現(xiàn)上述發(fā)明目的和解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下的控制加載爆炸擠淤置換法對軟土地基進行處理。其步驟包括首先，根據(jù)土工計算原理和堤身設計高度，經(jīng)過分析計算，確定堤身拋填高度，其要點是通過拋填高度參數(shù)的控制最大限度地達到擠淤效果，又不至于施工不便和爆后堤頂超高；根據(jù)拋填計算高度值和堤身設計斷面，計算堤身拋填寬度值，通過拋填寬度控制，使堤身寬度尤其是堤身兩側平臺寬度得到保證；由拋填高度和拋填寬度計算堤身自重加載所能達到的擠淤深度，確定堤身要達到設計深度還需要擠除的淤泥厚度值；確定爆炸參數(shù)，該爆炸參數(shù)包括藥包的水平位置、埋深、單藥包藥量，藥包個數(shù)以及藥包間距等，這通常根據(jù)經(jīng)驗和爆炸作用機理決定；按設計確定的拋填高度和拋填寬度實施拋填；當拋填進尺達到設計值以后，按照上面確定的爆炸參數(shù)，在堤頭布設群藥包，然后引爆所述藥包使堤身下沉進行擠淤置換；拋填進尺通常是根據(jù)軟土地基性質、堤身結構和拋填體質量等實際情況確定的一個適當?shù)臄?shù)值。
然后，再次向前拋填推進，并對已經(jīng)實現(xiàn)部分擠淤置換的堤身進行補拋使堤身達到或重新達到設計確定的拋填高度和寬度，再次布設和引爆群藥包，使堤身下沉進行擠淤置換。重復進行上述步驟，使堤身整體累積下沉，直到堤身落底斷面達到設計高度和設計深度(擠淤深度)，但是該設計深度并不要求堤身最后一定落在堅實的持力層上。
也就是說，在上述“控制加載爆炸擠淤置換法”中，從拋填起始位置開始，拋填形成第一堤身段(長度等于拋填進尺，下同)，在拋填后的第一堤頭埋設藥包、爆炸，進行擠淤置換，使第一堤身段下沉，下沉量為D1；接著，對進行擠淤置換后的第一堤身段進行補拋，并繼續(xù)拋填向前方推進，形成第二堤身段和新的堤頭，在堤頭埋設藥包、爆炸，進行擠淤置換，此次不但導致第二堤身段下沉實現(xiàn)擠淤置換，在條件不變的情況下，其下沉深度等于D1，而且使第一堤身段也再次擠淤置換，下沉量為D2(通常D2＜D1)，繼續(xù)下沉更接近設計深度，但是下沉量小于第一次爆炸擠淤的量；接著，對已經(jīng)完成的堤身段(此時為第一和第二堤身段)進行補拋，并繼續(xù)拋填向前方推進，形成第三堤身段和新的堤頭，在堤頭埋設藥包、爆炸，進行擠淤置換，如同前面的第二堤身段的爆炸，此次爆炸不但導致第三堤身下沉實現(xiàn)擠淤置換，下沉量等于D1，而且使第二和第一堤身段繼續(xù)下沉實現(xiàn)擠淤，它們的下沉量分別為D2和D3(通常D3＜D2)，堤身更接近設計深度；如此進行“拋填(及補拋)-爆炸”的過程，向前推進得到第四堤身段和第五堤身段......，分別在進行第四次和第五次......爆炸擠淤置換后，不但使對應的堤身段下沉，而且使其前面的已經(jīng)進行了部分擠淤置換的各個堤身段繼續(xù)下沉，逐漸接近設計深度。在這些順次的爆炸擠淤置換中，第一堤身段的下沉量分別為D4，D5......(通常......＜D5＜D4＜D3)，而第二堤身段分別為D3，D4......，等等。但是通常說來，對于某個具體的堤身段而言，在經(jīng)過如上述從該段開始的一定次數(shù)的后續(xù)循環(huán)以后，堤身逐漸逼近設計深度過程中，下沉擠淤置換量逐漸趨于0，即Di→0，因此也可以認為，在一定次數(shù)后，該堤身段達到設計深度。對堤身的某個具體的位置而言，達到設計斷面和設計深度所需的拋填和爆炸次數(shù)通常由環(huán)境參數(shù)(例如，淤泥的物理力學參數(shù)等)以及工程參數(shù)(例如，拋填進尺等)所決定。在上述過程中，以拋填和爆炸作為聯(lián)合加載，不但實現(xiàn)了擠淤置換，而且對工程擁有更多的控制。
本發(fā)明還包括，爆炸擠淤置換的堤身向前延長一定長度或堤身全部完成后，根據(jù)需要在堤身的一側或兩側埋設藥包進行側面擠淤，使堤身兩翼的寬度和厚度滿足設計要求。一次側爆處理的長度，可視爆破環(huán)境、堤身完成長度和軟土地基性質等工程具體情況而定。
本發(fā)明還包括，在對堤身進行處理以后，根據(jù)需要和條件許可，再進行側面坡腳爆破夯實處理；即，在水下塊石表面布置裸露或懸浮藥包，利用水下爆破產生振動使堤身坡腳得到密實，以確保堤身兩翼平臺的密實度和穩(wěn)定性。
為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，通常在每一次拋填、爆炸擠淤后，對堤壩的斷面應用自沉和爆沉累積計算法，估算堤身落底深度，將爆炸前后斷面(包括淤泥包)的形狀進行對比，以便為后續(xù)步驟提供數(shù)據(jù)。
在本發(fā)明中，根據(jù)相關爆炸參數(shù)在堤頭布設藥包時，不僅僅是在堤頭的正前方布設藥包，根據(jù)需要也可能在堤頭兩側布設藥包，也即，在堤頭布設藥包，優(yōu)選的是在堤頭前方的包絡面上布設藥包，以保證爆炸后，達到堤頭整體下沉的效果。其中，應根據(jù)實際情況確定藥包的埋深，例如，在有覆蓋水的情況下或淤泥松軟的情況下，可以將藥包直接置于泥面上即可，而在設計擠淤深度較大或淤泥較粘時，可以將藥包置于泥面以下，該埋深值通常為尚需爆炸擠除的淤泥厚度(D-D0)的0～0.8倍。通常，在施工工藝許可的條件下(例如，在布藥時不致?lián)p壞布藥器具)，藥包的水平位置，應盡可能地靠近拋填體的泥石交界處，通常該距離小于4米，最好小于2米。在堤身兩側布設的單藥包重量、藥包間距和藥包埋深，可以根據(jù)在堤頭布設的單藥包重量、藥包間距和藥包埋深，乘以一個系數(shù)得到，該系數(shù)根據(jù)工程的實際情況確定，通常為0.5～1.2。而且，爆炸參數(shù)在整個工程進行中，并非一成不變，尤其是在地質條件不均一的情況下，有可能根據(jù)堤身所達到位置的具體情況對爆炸參數(shù)進行修正。
本發(fā)明對拋填起始位置沒有限制，既可以從陸上開始拋填，也可以從水上開始拋填。在有覆蓋水的情況下，拋填體既可露出水面，也可潛于水下。拋填方向可以是始終沿著一個方向進行，也可以中間某個位置開始向兩側進行。在施工進行中，根據(jù)實際情況，選擇不同的布藥工藝，如采用水上布藥器，包括人工布藥器、旋轉裝藥器、套管水沖裝藥器、水沖加壓式裝藥器和振動式裝藥器等；如陸上布藥器，包括陸上振動式布藥器和陸上反壓式布藥器等。
在本發(fā)明中，土的物理力學性質是內因，拋填加載和爆炸是使擠淤過程得以完成的附加外載。通過拋填加載的控制和爆炸載荷的控制，使擠淤過程按設計進行，確保堤身達到設計斷面，滿足質量要求。因此，本發(fā)明被稱之為“控制加載爆炸擠淤置換法”，簡稱“爆炸置換法”。
下面通過列舉實施例并結合附圖，對本發(fā)明的特征和功效作進一步地說明。
首先根據(jù)土工計算原理和堤身設計高度，確定堤身拋填高度。然后根據(jù)拋填高度和堤身設計斷面計算堤身拋填寬度，由拋填高度和拋填寬度計算堤身自重擠淤深度，及尚需爆炸擠除的淤泥厚度。
如

圖1所示，擠淤置換總深度D，即拋填體1在軟土地基2中的設計深度，應滿足如下關系D＝D0+∑Di-λH(i＝1～N) (1)式中H為拋填體總厚度(H＝D+h)(米)，h為原泥面以上堤身高度(米)，Di為每次爆炸引起的堤頂下沉量(米)，λ為堤身密實壓縮系數(shù)，通常為8-15％。
而自重擠淤深度D0可通過如下公式確定[(2+π)Cu+2γsD0+(4Cu+γsD0)D0/B+2γsD03/(3B2)]/γ＝h+D0(2)式中B為堤頂拋填寬度(米)，Cu為淤泥抗剪切強度(kPa)，γs、γ為分別為淤泥和填料重度(kN/m3)。
圖2為本發(fā)明實施例的堤頭爆炸擠淤置換縱斷面示意圖，其中，輪廓線3為爆前堤頂斷面，輪廓線4為爆后堤頂斷面。爆炸作用產生的堤頂累積的下沉量可滿足如下關系Di＝D1+(x-xi)3/[α+β(x-xi)3] (3)式中(x-xi)為堤頭至測點的距離(米)，測點即堤身上對應于相應Di值的位置。α、β為經(jīng)驗值，通常根據(jù)工程的具體情況(例如，淤泥性質、堤頭設計尺寸等)來確定。
堤頭爆破下沉高度D1(米)，應滿足如下關系D1＝K1(D-D0)(4)其中，K1＝0.2～0.6，D為擠淤總深度，(D-D0)為要達到設計斷面尚需爆炸擠除的淤泥厚度(米)。
然后，根據(jù)經(jīng)驗和爆炸作用機理，確定爆炸參數(shù)，即群藥包的水平位置、埋深、單藥包藥量、藥包個數(shù)以及藥包間距等。其中，堤頭的爆破單藥包重量Q應滿足如下關系Q＝K2bD12(kg) (5)式中，K2＝0.2～0.4，b為每炮進尺(米)，D1為堤頭爆炸下沉高度；堤頭布設藥包的間距a應滿足如下關系α＝1.4·K3·(0.062Q1/3)(米) (6)式中，K3＝8～12，Q單藥包重量，0.062Q1/3值為球形藥包的半徑；藥包埋深d應滿足如下關系d＝K4(D-D0) (7)其中，K4＝(0～0.8)，D為擠淤總深度，D0為自重擠淤深度。
在堤頭的包絡面上布設藥包，藥包的個數(shù)M應滿足如下關系M＝M1+M2式中，M1為堤頭前面所布設的藥包個數(shù)，M2為堤頭兩側所布設的藥包個數(shù)，M1和M2應分別滿足如下關系M1＝int[K5(B+Bm)/a]+1 (8)M2＝2int[K6b/a] (9)式中，Bm為堤身在泥面處的寬度，K5和K6為經(jīng)驗系數(shù)，其值分別為(0.4～0.8)和(1.0～1.5)，a為藥包間距，b為每炮進尺。
然后，如圖3所示，按上述確定的拋填寬度和拋填高度進行拋填。當進尺(b≈4～10米)達到設計值以后，在堤頭按爆炸參數(shù)在包絡面上、泥面以下適當?shù)奈恢寐裨O群藥包。然后，引爆藥包，進行泥石置換，實現(xiàn)擠淤。堤頭下沉量為D1(在圖2中示出)。但是此次，爆炸擠淤并不要求堤頭底面達到總的擠淤深度。
在圖3中，輪廓線31為爆后堤頂高程；輪廓線32為堤頭爆后補拋縱斷面；輪廓線33為爆后縱斷面；輪廓線34為淤泥包形狀。
對爆后的堤頭進行補拋，并同時繼續(xù)拋填向前推進。補拋并進行爆炸后的原堤頭位置T1(在圖3中示出)的斷面如圖4所示，其中實線輪廓41為爆炸前堤頭拋填自沉斷面，虛線輪廓42為堤頭爆后沉降斷面。
堤身再次拋填達到設計進尺和拋填寬度和高度后，在堤頭前的包絡面上和泥面下適當?shù)奈恢寐裨O群藥包，然后再次爆破實施擠淤置換。在此次爆炸的作用下，原堤頭位置T1的堤身能夠再次實現(xiàn)擠淤，但是此次擠淤深度已經(jīng)小于第一次爆炸的擠淤深度。然后依上述“拋填-爆炸-拋填”循環(huán)進行，直至達到設計堤身長度，在多次循環(huán)作用和控制下堤身累積下沉，逐漸接近設計深度，如圖3和圖5所示。位置T1的擠淤深度每次相對前一次會有所減少。累積下沉量為∑Di。根據(jù)∑Di估算堤身爆炸擠淤深度。
此時，原堤頭位置T1的堤身的斷面如圖5所示，圖中示出了多次累積下沉的效果。輪廓線51為第一次堤頭爆后補拋堤頂；輪廓線52為第二次堤頭爆后補拋堤頂；輪廓線53為第一次堤頭爆后泥下斷面；輪廓線54為第二次堤頭爆后泥下斷面；輪廓線55為多次堤頭爆后泥下斷面(側爆之前)。
當?shù)躺硐蚯把由煲欢ㄩL度以后，在堤身兩側布設藥包進行側爆處理。進行此次側爆處理后，原堤頭位置T1的斷面如圖6所示，其中，輪廓線61是側爆前補拋斷面；輪廓線62是側爆后堤底斷面；輪廓線63是側爆后補拋斷面。此時，堤身仍有下沉?？梢宰鳛閷ι鲜龅躺頂D淤置換處理的補償，同時，也能確保堤身斷面的完整形成。然后再進行補拋，以得到符合設計要求的、外形規(guī)整的堤身。
側爆完成后，可以再進行兩側坡腳爆夯，以確保兩側平臺的密實度和穩(wěn)定性。如果因為淤泥包較高、坡腳無覆蓋水而不能進行爆夯，則將藥包埋設于外側泥中，再進行一次爆炸處理。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術中的爆炸處理法相比，因采取加載和爆炸聯(lián)合控制方法，使其適用范圍更加廣泛，尤其適用于對深厚軟土地基的處理。由于不要求一次拋填、爆炸就擠淤置換到設計深度或持力層，而采用多次、逐步地拋填、爆炸達到設計擠淤深度或持力層，因此，每一次用藥量減少、而且總的用藥也減少，降低了工程成本；同時，用藥量的減少提高了施工安全性，降低了對環(huán)境的影響；而且，爆炸處理后的理坡工作量也明顯減少。另外，在上述的“拋填-爆炸-拋填”的循環(huán)過程，可以隨時評估施工質量，對工程過程的控制得到加強，從而實現(xiàn)既保證施工質量又能達到經(jīng)濟實用的目的。
但是，應該明白的是，上面所述的實施例以及其中所采用的具體參數(shù)僅是為了人們更好地理解本發(fā)明，因此是僅起到說明性的作用，而不是對本發(fā)明保護范圍進行限制。
權利要求
1.一種用于處理軟土地基的控制加載爆炸擠淤置換法，包括如下步驟a.確定堤身拋填高度；b.根據(jù)所述堤身拋填高度和堤身設計斷面，確定堤身拋填寬度；c.根據(jù)所述堤身拋填高度和所述堤身拋填寬度，確定堤身自重擠淤深度，及要到達設計斷面尚需擠除的淤泥厚度；d.確定爆炸參數(shù)；e.進行拋填；f.在堤頭布設群藥包，然后引爆所述的群藥包，實施堤頭爆炸，使堤身下沉進行擠淤置換；然后，重復進行步驟e、f，直到堤身設計斷面形成。
2.如權利要求1所述的控制加載爆炸擠淤置換法，其特征在于，在步驟f中，在整個堤頭包絡面上布設群藥包。
3.如權利要求1或2所述的控制加載爆炸擠淤置換法，其特征在于，還包括步驟g.在進行堤頭爆炸處理后的堤身側面布設藥包，進行側爆處理。
4.如權利要求1或2所述的控制加載爆炸擠淤置換法，其特征在于，還包括步驟h.對進行所述堤頭爆炸處理后的堤身進行爆夯處理。
5.如權利要求1所述的控制加載爆炸擠淤置換法，其特征在于，步驟c中的所述自重擠淤深度D0通過如下公式確定[(2+π)Cu+2γsD0+(4Cu+γsD0)D0/B+2γsD03/(3B2)]/γ＝h+D0其中，B為堤頂拋填寬度，h為泥面以上堤身高度，Cu為淤泥抗剪切強度，γs、γ分別為淤泥和填料重度。
6.如權利要求1所述的控制加載爆炸擠淤置換法，其特征在于，所述的堤頭爆破下沉高度D1應滿足如下關系D1＝K1(D-D0)其中，K1＝0.2～0.6，D為擠淤總深度。
7.如權利要求1所述的控制加載爆炸擠淤置換法，其特征在于，步驟f中所述的堤頭爆炸所布設的藥包中的單藥包重量Q應滿足如下關系Q＝K2bD12(kg)其中，K2＝0.2～0.4，b為每炮進尺，D1為堤頭爆破下沉高度。
8.如權利要求1所述的控制加載爆炸擠淤置換法，其特征在于，步驟f中所述的堤頭爆炸藥包的間距a和埋深d應滿足如下關系a＝1.4·K3·(0.062Q1/3)d＝K4·(D-D0)其中，K3＝8～12，Q為單藥包重量，0.062Q1/3值為球形藥包的半徑，K4＝0～0.8，D為所述擠淤總深度，D0為所述自重擠淤深度。
9.如權利要求1或2所述的控制加載爆炸擠淤置換法，其特征在于，步驟f中所述的堤頭爆炸布設的藥包的個數(shù)M應滿足如下關系M＝M1+M2其中，M1為堤頭前面所布設的藥包個數(shù)，M2為堤頭兩側所布設的藥包個數(shù)，M1和M2應分別滿足如下關系M1＝int[K5(B+Bm)/a]+1M2＝2int[K6b/a]其中，Bm為堤身在泥面處的寬度，K5＝0.4～0.8和K6＝1.0～1.5，a為藥包間距，b為每炮進尺。
10.如權利要求1或2所述的控制加載爆炸擠淤置換法，其特征在于，所述在堤身兩側布設的單藥包重量、藥包間距和藥包埋深分別為所述的堤頭爆炸布設的單藥包重量、藥包間距和藥包埋深的0.5～1.2倍。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制加載爆炸擠淤置換法。首先，根據(jù)土工計算原理和堤身設計高度，確定堤身拋填高度；根據(jù)所述堤身拋填高度和堤身設計斷面，確定堤身拋填寬度；根據(jù)所述堤身拋填高度和所述堤身拋填寬度，確定堤身自重擠淤深度，及要到達設計斷面尚需擠除的淤泥厚度，進而確定爆炸參數(shù)；然后進行拋填，在堤頭布設群藥包，引爆所述的群藥包，使堤身下沉、實現(xiàn)擠淤置換；通過加載和爆炸聯(lián)合的控制，重復進行拋填或補拋及爆炸，直到設計堤身斷面形成。根據(jù)需要和條件許可還可以進行側爆和爆夯處理。本發(fā)明也可簡稱為“爆炸置換法”。本發(fā)明實現(xiàn)了泥石控制加載擠淤置換，在經(jīng)濟、安全以及環(huán)保等方面具有優(yōu)點。
文檔編號E02D3/08GK1477271SQ0311931
公開日2004年2月25日 申請日期2003年3月13日 優(yōu)先權日2003年3月13日
發(fā)明者江禮茂 申請人:江禮茂