軟土地基爆破擠淤處理深度的分析

0爆破后堤身形態(tài)及對環(huán)境的影響爆炸擠輸法在首次應(yīng)用于關(guān)節(jié)西堤工程。大量檢測結(jié)果表明，爆炸擠輸技術(shù)在特殊條件下可滿足軟件基處理的要求。然而，考慮到當時的技術(shù)和施工能力，爆炸處理的軟土厚度通常小于15m。隨著軟土處理技術(shù)的發(fā)展,爆破法處理軟土的厚度也逐步增大,目前爆破擠淤技術(shù)而當淤泥厚度超過20m,爆破擠淤后的堤身落底將遠達不到上述0.8B的要求,泥面下的堤身形狀呈明顯的倒梯形(圖2),堤身落底寬度約為0.5～0.6B,經(jīng)爆破后堤底殘留混合層厚度≤2.0～3.0m左右。上述兩種斷面的駁岸當與碼頭結(jié)構(gòu)相接時,其應(yīng)用情況有很大的不同,考慮到碼頭區(qū)作為?？看膶Ｓ脜^(qū),按停泊水深一般需進行開挖,當駁岸爆破后的兩側(cè)坡腳全部落底(圖1),碼頭前沿開挖對駁岸的穩(wěn)定基本無影響;而當駁岸爆破后的兩側(cè)坡腳基本沒有落底(圖2),碼頭開挖往往會導致堤身的滑坡和坍塌。因此,如何在深厚軟土地基中實施爆破擠淤形成駁岸,同時通過二次處理手段,確保駁岸前沿坡腳能夠落底,與碼頭區(qū)開挖能有效地結(jié)合起來,是深厚軟基爆破施工的一項新工藝。1工程地質(zhì)層連云港港25萬噸級礦石碼頭工程位于旗臺港區(qū),碼頭區(qū)駁岸長800m,灘面平均標高為-3.1～-2.9m(連云港零點),淤泥底標高平均為-19.0～-17.0m。此工程區(qū)勘探深度范圍內(nèi)地層為第四系松散堆積物,按其成因時代、成因類型、巖性特征及物理力學指標從上至下分為4個工程地質(zhì)層,每一個工程地質(zhì)層又分為多個亞層,其主要物理力學特征見表1,主要軟土及軟黏土的主要特征描述如下:(1)-1淤泥:淺灰色,飽和,流塑。厚度4.50～10.20m,層底標高-10.16～-6.20m。(1)-2淤泥:灰色,飽和,流塑。含少量貝殼碎片及少量腐爛植物。揭露厚度4.05～13.80m,層頂埋深4.50～10.20m,層底標高-19.0～-17.0m。(2)-4黏土(軟):灰褐色、灰黃色夾蘭灰色,飽和,軟塑～流塑,揭露厚度1.10～1.80m,層頂埋深17.00～20.50m,層底標高-23.07～-21.41m。(3)-3黏土:深灰色,飽和,軟塑,局部近水平層理,局部夾粉土薄層,單層厚約0.5～1.0mm。揭露厚度1.60～9.10m,層頂埋深26.20～34.20m,層底標高-38.27～-34.06m。2開采條件對穩(wěn)定性造成影響25萬噸級礦石碼頭駁岸如采用常規(guī)爆破工藝,即通過堤頭爆填法推進形成拋石堤身,將形成圖2所示斷面,在挖泥及后方陸域吹填等施工過程中存在諸多不穩(wěn)定因素。該工程駁岸頂標高為7.5m,碼頭前沿需挖泥至-21.8m高程,整個邊坡高度將達28m左右,并且駁岸軸線所處位置地質(zhì)條件較差,上部軟土厚度近22～28m,在-30m高程處還存在一層含水量達49%的軟黏土層,平均厚度3～7.6m,這些不利條件對碼頭駁岸的整體穩(wěn)定性和碼頭結(jié)構(gòu)極為不利,綜合爆破擠淤對土體的擾動、前沿卸荷引起土體抗剪強度的降低、回填荷載對土體的剪切作用等不利因素,這些綜合因素都將對駁岸的穩(wěn)定帶來較大影響。經(jīng)理論計算,如果單純采用堤頭爆填,堤身落底寬度不夠,外坡腳沒有落底,穩(wěn)定安全系數(shù)不能滿足本工程提出的穩(wěn)定控制標準,因此須在原端頭爆填的駁岸斷面基礎(chǔ)上再往海側(cè)側(cè)爆10m,并適當采取反壓措施,可使施工期的穩(wěn)定系數(shù)大于1.15,堆場使用中靠海側(cè)第一塊堆場限載150kPa,堆載邊線需離駁岸堤肩60m,側(cè)爆后使用期穩(wěn)定系數(shù)可滿足本工程駁岸穩(wěn)定控制標準,使用期穩(wěn)定系數(shù)大于1.253挖掘與爆炸的結(jié)合根據(jù)該駁岸的使用特點,本工程爆破采取“堤頭爆填+挖泥+兩側(cè)爆填,兩側(cè)坡腳爆夯”的施工工序。3.1堤身爆破當?shù)躺頀佁钸M尺達到施工組織設(shè)計值后,在堤頭包絡(luò)線上布設(shè)群藥包,實施堤頭爆破,使堤身實現(xiàn)擠淤置換。對爆后的堤頂進行補拋并繼續(xù)向前拋填推進,當?shù)躺磉_到新的設(shè)計進尺后,再次在堤頭布設(shè)群藥包并實施爆破,如此“拋填-爆破-拋填”循環(huán)進行,直至達到設(shè)計堤長3.2先挖淤外側(cè)爆,后爆放后再爆側(cè)爆完成堤頭爆填后,石料基本落到持力層上,為滿足駁岸承受側(cè)向荷載的要求,仍需對堤身兩側(cè)進行側(cè)爆填,以便加寬堤身和整形,達到設(shè)計要求。本文對駁岸外側(cè)采取先挖淤后側(cè)爆的方法進行爆破,即在進行側(cè)爆之前,先將堤身前的淤泥(包括隆起的淤泥包)挖至標高-8m處,然后再進行側(cè)爆。再對爆后的堤外側(cè)進行挖泥(至-14.0m)、補拋,而后再進行側(cè)爆,如此兩次側(cè)爆填即可達到設(shè)計斷面尺寸。駁岸內(nèi)側(cè)則直接進行兩次循環(huán)側(cè)爆。挖泥斷面示意圖和側(cè)爆后斷面示意圖分別如圖4和圖5。3.3兩側(cè)邊坡上的壓縮側(cè)爆處理完成后,對坡腳平臺爆夯,確保兩側(cè)平臺的厚度、密實度和穩(wěn)定,爆夯示意圖如圖6所示。3.4長期起源剖面爆夯之后還要對堤身進行補拋、理坡,進行護面工程和堤頂混凝土路面工程等后續(xù)工程的施工,最終形成如圖7所示斷面。4土的本構(gòu)模型經(jīng)開挖和爆破結(jié)合施工后,駁岸落底寬度大大增加,駁岸前沿還增設(shè)了落底拋石反壓層,駁岸的整體穩(wěn)定性已有充足保證。由于駁岸承受施工期后方陸域吹填的水平荷載,以及使用期堆礦和其它工藝機械提供的水平力,隨著堤底接地寬度的增加,增強了駁岸的抗水平位移能力,根據(jù)圖7最終斷面,對駁岸水平位移計算如下:1)計算采用有限差分法,土的本構(gòu)模型采用莫爾-庫侖模型2)變形模量取壓縮曲線中200～400kPa段的壓縮模量推算對應(yīng)的剪切模量和變形模量,泊松比取值:黏土0.35,淤泥0.4。各土層參數(shù)如表2所示。3)吹填后計算模型如圖9。4)計算結(jié)果分別計算了開挖狀態(tài)和吹填狀態(tài)下各剖面的水平位移,圖10和圖11分別為開挖狀態(tài)下和吹填狀態(tài)下的水平位移。從圖中可看出,單獨考慮開挖狀態(tài)下水平最大位移發(fā)生在海側(cè)堤腳處,位移量為40cm,單獨考慮吹填狀態(tài)下堤軸線位置的最大水平位移量為42cm?？紤]到駁岸位移較大,對碼頭和引橋樁基的位移可能產(chǎn)生一定的不利影響,故在碼頭和引橋樁基設(shè)計時應(yīng)該充分考慮其位移對碼頭和引橋樁基的影響,并且應(yīng)注意碼頭和引橋樁基施工順序的安排,盡量降低其影響并應(yīng)加強位移觀測,防止堤身位移過大對碼頭和引橋樁基產(chǎn)生較大不利影響。5用于長期試驗的效果5.1鉆孔殘留泥石流考慮到駁岸爆破斷面尺寸的大小以及爆破落底對駁岸的穩(wěn)定至關(guān)重要,現(xiàn)場實際施工的駁岸爆破斷面需嚴格按照設(shè)計斷面進行,并需對已施工的駁岸進行檢測,共布置6個鉆孔,3個檢測斷面,分別位于駁岸西側(cè)、中側(cè)、東側(cè)。每個鉆孔的塊石層和殘留軟弱土分布特征列于表3。由表3得出此種先挖泥后側(cè)爆的施工工藝使塊石基本落底,殘留淤泥較少,其中,有3個孔的殘留淤泥為0m,其余的幾個孔也都在1m以內(nèi)。爆破斷面尺寸滿足設(shè)計尺寸要求,這對于堤的穩(wěn)定是十分有利的。5.2指導施工速率為確保施工期和使用期駁岸的穩(wěn)定情況,在施工期必須進行地基監(jiān)測和檢測,隨時掌握地基的變形和穩(wěn)定情況,以利于指導和調(diào)整施工速率,保證工程質(zhì)量。本次監(jiān)測布置沉降觀測點和位移觀測點分別為9個,根據(jù)監(jiān)測結(jié)果分析,堤頂平均產(chǎn)生的沉降量為183mm,平均側(cè)向位移為86.1mm,觀測期間最大沉降速率為5mm/d,最大位移