爆炸排淤法处治软土地基的施工实践与体会

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摘要:本文着重介绍了爆破排淤用于高速公路软基处理的地质状况,施工方案选择、施工程序安排、处治效果分析、效益及应用前景等。

关键词:爆破排淤 软基处理 施工体会

高等级公路对线形的技术标准有严格的要求,为了满足这一要求,路线不可避免地要穿越某些地质不良地带,在沿海地区广泛分布的软土最具代表性,它给高等级公路建设增加了很大的困难,所以积极探索适合于本地区的软土处治技术,不断扩展处理途径,努力提高处治效果,仍然具有十分重要的意义。

一、试验段地质概述

取某工地K3、K4两段路堤范围内淤泥的最大深度分别为17.1和17.5米,下伏碎卵石持力层的顶板最大横坡分别为30%及36%,地层具有海湾滩涂的代表性,从静力触探斌验结果来看,两段的地质情况基本相似。均可分为4个亚层,依次为:地表的碎卵石层,分布于西侧海岸坡角:在路堤范围内分布厚度0～1米,比贯入阻力平均值为2.36Mpa;上部淤泥层厚度0.8～13.4米,层内局部有极薄的砂透镜体,表层因潮水涨退的影响,呈流动状态,比贯入阻力0.02～0.40Mpa;下部淤泥层厚度9.4～8.2米,层内下部普通发育有极薄的砂透镜体,比贯入阻力为0.4一0.8Mpa;下伏碎卵石层,比贯入阻力大于2.96Mpa,该层为持力层.另据详勘钻探资料,淤泥层含水量为57.6～89.O%,天然密度为14.6～16.3KN/M3,天然孔隙比为1.55～2.40,液限含水量为48.8～74.0%,塑性指数为20.2～43.3,充分说明淤泥层的工程性质很差。

二、爆炸排淤施工方案的选择

K3与K4段虽然场址的地质层状基本相似,但软土的厚度,持力层板的走向以及周围的地形、地物等情况不尽一样,所以分别采用不同的爆炸排淤方案。

1、K3段堤端爆炸排淤方案

K3段长度200米,与建筑物距离较远,用药量不受限制。路线离岸坡比K4段要远一些。虽然淤泥的厚度也是内侧薄外侧厚,但内侧淤泥的厚度变化在1.44～9.51米之间,明显比K4段厚,路中线处淤泥厚度变化在2.1～14.45.米之间,外侧淤泥层厚4.05～17.41米。该段经研究决定采用全断面纵向推进的堤端爆炸排淤方案,即在距基范围内抛石形成顶宽29米的填石路堤,堤面高程内侧为5米,外侧为6米(地面高程在0.6～1.3米之间)。当堤下软土的厚度大于3米时,停止抛填,在堤端坡脚外l～2米处成孔并埋设药包,布药的宽度13～16米,由7～8个炮孔组成。孔距2.5～3米,用药量根据软土的厚度确定,单孔药量40―60公斤。爆炸后也像堤侧爆炸一样进行补抛,并向前推进5米左右。本段实施时,从南北两端向中间推进,在推进的过程中堤端的淤泥包不断隆起,当北端推进到K3+700南端推进到K3+760时,两端的淤泥包已汇聚在一起,为了便于淤泥的排除,停止全面推进,改为沿内侧先爆炸抛填一条内堤,内堤面宽l0米,堤面高程6米,每次在内堤端布置5～6个药包,推进长度5米左右。内堤对接后,改用堤侧爆炸的方法,从内向外排除淤泥。

2、K4段堤侧爆炸排淤方案

K4段长度290米。路堤内侧紧靠岸坡,淤泥层很薄,只有0～1.2M,大部分持力层已外露地表,在中线位置淤泥层厚7.8～15.5M,中线外侧27M处淤泥层厚度l5.11～l7.54米,持力层顶板横坡从内向外倾斜,横坡度8%～36%,路线与打石坑村庄民房相距很近,最近的距离只有30米左右。爆炸用药量必须严加限制,避免震塌民房。为了充分利用有利的地形条件,减少用药置,决定采用堤侧爆炸排淤方法。具体施工程序是,先在路线内侧路堤范围内抛石填筑一条内堤,内堤顶宽10米,堤面高程7.0米,轴线距踌中线10.5米,内堤所在位置淤泥层不厚,填筑并不困难,淤泥较深处,偶有滑坍现象,一旦发生则补抛填平。内堤填好后,在内堤坡脚外约1米建成孔埋药,孔位间距2米,单排线状排列,与内堤平行,孔深约为软土厚度的三分之二。通常每10炮为一组引爆一次,全长290米一般须布置l3～15组。历时25―30天,称为一个循环.每次爆后即用石块将下坍的内堤填平,使其重新达到7.0M的堤面高程,并同时把内堤宽度向外侧加宽5米左右,这样经过5个循环,堤面宽度可达到30米左右,采用这种爆炸排淤方法。抛石体从内往外排挤淤泥,所以在路基外侧地面隆起4～5米,其宽度可延续至路堤坡脚外40～50米,自然形成反压护道,这对路堤的稳定无疑是十分有益的。

三、爆炸排淤填石的施工程序

爆破排淤填石的施工工序如下所示:

抛填爆前测量成孔埋药起爆爆后测量补抛石块

抛填,在需要排淤填石的位置,按设计要求放样。先抛填一定数量的石块,对石块的粒径没有严格要求,便于装卸和运输即可,宜采用载重汽车运输,抛填的速度直接关系到工程进度,由于抛填量很大,石料开采和运输应认真组织安排,宜昼夜连续施工.在抛填过程中有时会有坍塌现象发生。此时应补抛使其达到设计要求。

爆前、爆后测量,主要作为判断和分析爆炸排淤效果的依据,每l0～20米布置一个测点,测定高程及纵横断面.技术人员根据所提供的测量数据,分析爆炸效果,及时调整施工方案。

成孔与埋药,本工程采用专用的陆上成孔设备,成孔方法为振动沉桩,成孔钢管为内径毫米的无缝钢管,顶部一节有法兰盘,可与振动锤连结,并开有条形的装药口,成孔管由数节组成,每节长度2～4米,采用丝扣联结,可任意联结成所需的长度.、管端部可套上预制的水泥混凝土桩尖。成孔时,用l6吨的汽车起重机把已连结好的成孔器吊起,定位后套上桩尖,开动振动锤,逐渐放松起重机的吊索,成孔钢管徐徐下沉,如图1所示。当沉到设计深度时,通过滑轮及自动脱钩装置,把预先制备好的药包从装药口放至孔底,然后用水泵向管内注水加压,最后缓缓提升钢管,药包即埋入土中。

图1成孔方法示意

药包制作与起爆,药包为园柱状,直径12～15厘米,长度40～50厘米,用散装炸药装袋制成。装药袋里外两层,里面一层为专用的防水塑料袋,外面一层为聚丙烯编织袋。每药包有一股导炸索,引至导爆药包,导爆药包内有两个电雷管,通过导线与点火器连结。

补抛,在爆炸后原来的抛石体下沉或滑坍,地面高度骤然下降,这时必须用石块填平,并向外扩展,为下轮爆炸作好准备。

爆破作业工班由14人组成。班长一人由技师担任,负责现场指挥和组织协调工作,并随时检查分析排淤效果,调整施工方案。电工1人,负责发电和机械检修。16吨汽车起重机驾驶员1人,负责成孔设备的起吊就位及机械设备装卸。工具车驾驶员l人,负责人员设备、材料运送。抽水工1人,负责现场供水。工地安全员l人,负责现场安全保卫及警戒工作。爆破工2人,负责药包制作及爆破线路的连接和起爆。测量工2人,负责爆炸前后测量和图表制作。其他铺助工4人,负责协助成孔、装药等各种工作。每次爆破成孔6～10个,约需2.5～4小时。

四、处治效果的初步分析

1、清淤置换的深度

采用爆炸排淤填石的方法是否能够达到设计要求的清淤置换深度,是最令人担心的问题,为此在爆炸排淤之前,采用静力触探的方法每隔50米测定一个横断面,每个横断面布置4个静力触探孔,分别位于路中心,距中心左、右各22米以及左侧(外侧)32米等处,绘制地质纵、横断面图,在爆炸挤淤结束后,布设了5个地质钻孔,查明抛石置换的深度和残留淤泥层的厚度,并采用物探的方法,分别测定路中线以及中线外12米、24米等处抛石体的厚度及残留淤泥层的厚度等。

采用钻孔的方法探明抛石体的置换深度以及残留淤泥层厚度,是最直观、最可靠的检测手段,但费用高,每米钻孔需600～800 元 。在爆炸排淤作业施工结束后所选定的5个具有代表性的点的钻探结果,如表l所示,K3段设计要求当软土厚度小于9米时,残留淤泥厚度不大于2米,现实际残留厚度0.68～1.50米,已达到设计要求。

K4段设计清淤8～10米,现实际清淤厚度6.41～l5.35米基本达到设计要求。采用物探方法检测的结果与地质钻孔的结果基本相符,可以认为清淤置换的深度已达到设计要求。从总体情况来看,路中线的置换率比较高,抛石体基本上已落至持力层上,残留淤泥层厚很簿,从中线向外侧,残留淤泥层的厚度逐渐变厚。

2、沉降及稳定性

工后残余沉降量及路堤的稳定性是衡量软基处理效果的重要指标,在爆炸排淤外业施工结束后,在K3与K4段共布置28个沉降观测点,8个水平位移观测点,并在K3+750中线外18米,K4+350中线外22米,及K4+425、K4+725外20米等处埋设4根测斜管,用测斜仪进行深层位移观测,根据目前所收集到的观测数据分析,K4段从4月14日至8月20日,月平均沉降量在路中线位置为0.4～1.8厘米,在外测路肩处为l.28～1.79厘米,在外侧距中线l8米处为1.49～3.28厘米,内侧路肩处淤泥层很簿,沉降量小于0.4厘米,K3段从5月5日至8月20日的观测资料表明,在路中线处月平均沉降量0.89～2.86厘米,,外侧路肩处2.64～3.17厘米,内侧(右侧)路肩处1.09～4.47厘米,外侧距路中线l6米处2.44～5.31厘米.水平位移观测的结果K3与K4段累计位移量均在0.4厘米以内,说明路堤的稳定性良好,与稳定性验算的结论一致,对深层土体的运动情况,由于测斜仪的观测时间较短,待后分析判断。

五、效益及应用前景

1、施工方法简便,所需的机具不多,技术也比较容易掌握,每次爆炸成孔l0个时,从成孔、埋药至爆炸最多只需一天时间,经处理后的地基即可继续加载,不像其他处治方法一样需要处处顾及地基的强度和稳定性,稍不注意就可能导致地基破坏,土体滑坍等施工事故,从而在很大程度上简化了施工控制工作。

2、处治的效果比较可靠。众所周知,抛石挤淤是软基处治中最原始、最简单、然而却十分有效的处治方法之一,广泛用于浅层软土(厚度在3米以内)的处治。爆炸排淤在保持其处治效果的同时,使处治的深度达到15～20米,弥补了普通抛石挤淤的不足之处,经处治后的地基稳定性好,没有滑坍、断裂现象,工后沉降量少。

3、进度快,工期短。采用沙垫层,塑排板,袋装沙井等排水固结的方法处治软基,必须分级加载预压,施工工期长,以某工地为例,一级填土高度2米,填土时间2个月,填完后经60～90天预压后,再填一级,然后再预压60天,如此逐级加载,达到路基设计高程后。还要预压60～90天,直到月累计沉降小于8毫米时,才可铺设路面,仅填土预压就需要12至18个月,加上软基处理,反开槽修建桥涵构造物,铺设路面等工期长达2.5年～3年,尚若采用爆炸排淤的方法,可缩短工期6～12个月。

4、适用性好。不论陆上水下,不论软土的物理化学性质如何不同均可适用,与其相比,深层搅拌桩,碎石桩,袋装沙井,塑排板等的适用性要小得多,一般要根据软土的物理化学性质地质构造等选择采用。

据统计,当软土深度在10米以内时,爆炸排淤填石法处理软基的费用低于水泥粉喷桩而高于塑料排水板,如果综合考虑由于工期缩短,工后沉降小等各方面因素所带来的隐形经济效益。则采用这种方法处治软基在经济上还是可行的,特别是石料来源丰富的地区。应用前景十分广阔。