软土地基爆破挤淤处理深度的分析

软土地基爆破挤淤处理深度的分析

0爆破后堤身形态及对环境的影响爆炸挤输法在首次应用于关节西堤工程。大量检测结果表明，爆炸挤输技术在特殊条件下可满足软件基处理的要求。然而，考虑到当时的技术和施工能力，爆炸处理的软土厚度通常小于15m。随着软土处理技术的发展,爆破法处理软土的厚度也逐步增大,目前爆破挤淤技术而当淤泥厚度超过20m,爆破挤淤后的堤身落底将远达不到上述0.8B的要求,泥面下的堤身形状呈明显的倒梯形(图2),堤身落底宽度约为0.5～0.6B,经爆破后堤底残留混合层厚度≤2.0～3.0m左右。上述两种断面的驳岸当与码头结构相接时,其应用情况有很大的不同,考虑到码头区作为停靠船的专用区,按停泊水深一般需进行开挖,当驳岸爆破后的两侧坡脚全部落底(图1),码头前沿开挖对驳岸的稳定基本无影响;而当驳岸爆破后的两侧坡脚基本没有落底(图2),码头开挖往往会导致堤身的滑坡和坍塌。因此,如何在深厚软土地基中实施爆破挤淤形成驳岸,同时通过二次处理手段,确保驳岸前沿坡脚能够落底,与码头区开挖能有效地结合起来,是深厚软基爆破施工的一项新工艺。1工程地质层连云港港25万吨级矿石码头工程位于旗台港区,码头区驳岸长800m,滩面平均标高为-3.1～-2.9m(连云港零点),淤泥底标高平均为-19.0～-17.0m。此工程区勘探深度范围内地层为第四系松散堆积物,按其成因时代、成因类型、岩性特征及物理力学指标从上至下分为4个工程地质层,每一个工程地质层又分为多个亚层,其主要物理力学特征见表1,主要软土及软黏土的主要特征描述如下:(1)-1淤泥:浅灰色,饱和,流塑。厚度4.50～10.20m,层底标高-10.16～-6.20m。(1)-2淤泥:灰色,饱和,流塑。含少量贝壳碎片及少量腐烂植物。揭露厚度4.05～13.80m,层顶埋深4.50～10.20m,层底标高-19.0～-17.0m。(2)-4黏土(软):灰褐色、灰黄色夹兰灰色,饱和,软塑～流塑,揭露厚度1.10～1.80m,层顶埋深17.00～20.50m,层底标高-23.07～-21.41m。(3)-3黏土:深灰色,饱和,软塑,局部近水平层理,局部夹粉土薄层,单层厚约0.5～1.0mm。揭露厚度1.60～9.10m,层顶埋深26.20～34.20m,层底标高-38.27～-34.06m。2开采条件对稳定性造成影响25万吨级矿石码头驳岸如采用常规爆破工艺,即通过堤头爆填法推进形成抛石堤身,将形成图2所示断面,在挖泥及后方陆域吹填等施工过程中存在诸多不稳定因素。该工程驳岸顶标高为7.5m,码头前沿需挖泥至-21.8m高程,整个边坡高度将达28m左右,并且驳岸轴线所处位置地质条件较差,上部软土厚度近22～28m,在-30m高程处还存在一层含水量达49%的软黏土层,平均厚度3～7.6m,这些不利条件对码头驳岸的整体稳定性和码头结构极为不利,综合爆破挤淤对土体的扰动、前沿卸荷引起土体抗剪强度的降低、回填荷载对土体的剪切作用等不利因素,这些综合因素都将对驳岸的稳定带来较大影响。经理论计算,如果单纯采用堤头爆填,堤身落底宽度不够,外坡脚没有落底,稳定安全系数不能满足本工程提出的稳定控制标准,因此须在原端头爆填的驳岸断面基础上再往海侧侧爆10m,并适当采取反压措施,可使施工期的稳定系数大于1.15,堆场使用中靠海侧第一块堆场限载150kPa,堆载边线需离驳岸堤肩60m,侧爆后使用期稳定系数可满足本工程驳岸稳定控制标准,使用期稳定系数大于1.253挖掘与爆炸的结合根据该驳岸的使用特点,本工程爆破采取“堤头爆填+挖泥+两侧爆填,两侧坡脚爆夯”的施工工序。3.1堤身爆破当堤身抛填进尺达到施工组织设计值后,在堤头包络线上布设群药包,实施堤头爆破,使堤身实现挤淤置换。对爆后的堤顶进行补抛并继续向前抛填推进,当堤身达到新的设计进尺后,再次在堤头布设群药包并实施爆破,如此“抛填-爆破-抛填”循环进行,直至达到设计堤长3.2先挖淤外侧爆,后爆放后再爆侧爆完成堤头爆填后,石料基本落到持力层上,为满足驳岸承受侧向荷载的要求,仍需对堤身两侧进行侧爆填,以便加宽堤身和整形,达到设计要求。本文对驳岸外侧采取先挖淤后侧爆的方法进行爆破,即在进行侧爆之前,先将堤身前的淤泥(包括隆起的淤泥包)挖至标高-8m处,然后再进行侧爆。再对爆后的堤外侧进行挖泥(至-14.0m)、补抛,而后再进行侧爆,如此两次侧爆填即可达到设计断面尺寸。驳岸内侧则直接进行两次循环侧爆。挖泥断面示意图和侧爆后断面示意图分别如图4和图5。3.3两侧边坡上的压缩侧爆处理完成后,对坡脚平台爆夯,确保两侧平台的厚度、密实度和稳定,爆夯示意图如图6所示。3.4长期起源剖面爆夯之后还要对堤身进行补抛、理坡,进行护面工程和堤顶混凝土路面工程等后续工程的施工,最终形成如图7所示断面。4土的本构模型经开挖和爆破结合施工后,驳岸落底宽度大大增加,驳岸前沿还增设了落底抛石反压层,驳岸的整体稳定性已有充足保证。由于驳岸承受施工期后方陆域吹填的水平荷载,以及使用期堆矿和其它工艺机械提供的水平力,随着堤底接地宽度的增加,增强了驳岸的抗水平位移能力,根据图7最终断面,对驳岸水平位移计算如下:1)计算采用有限差分法,土的本构模型采用莫尔-库仑模型2)变形模量取压缩曲线中200～400kPa段的压缩模量推算对应的剪切模量和变形模量,泊松比取值:黏土0.35,淤泥0.4。各土层参数如表2所示。3)吹填后计算模型如图9。4)计算结果分别计算了开挖状态和吹填状态下各剖面的水平位移,图10和图11分别为开挖状态下和吹填状态下的水平位移。从图中可看出,单独考虑开挖状态下水平最大位移发生在海侧堤脚处,位移量为40cm,单独考虑吹填状态下堤轴线位置的最大水平位移量为42cm。考虑到驳岸位移较大,对码头和引桥桩基的位移可能产生一定的不利影响,故在码头和引桥桩基设计时应该充分考虑其位移对码头和引桥桩基的影响,并且应注意码头和引桥桩基施工顺序的安排,尽量降低其影响并应加强位移观测,防止堤身位移过大对码头和引桥桩基产生较大不利影响。5用于长期试验的效果5.1钻孔残留泥石流考虑到驳岸爆破断面尺寸的大小以及爆破落底对驳岸的稳定至关重要,现场实际施工的驳岸爆破断面需严格按照设计断面进行,并需对已施工的驳岸进行检测,共布置6个钻孔,3个检测断面,分别位于驳岸西侧、中侧、东侧。每个钻孔的块石层和残留软弱土分布特征列于表3。由表3得出此种先挖泥后侧爆的施工工艺使块石基本落底,残留淤泥较少,其中,有3个孔的残留淤泥为0m,其余的几个孔也都在1m以内。爆破断面尺寸满足设计尺寸要求,这对于堤的稳定是十分有利的。5.2指导施工速率为确保施工期和使用期驳岸的稳定情况,在施工期必须进行地基监测和检测,随时掌握地基的变形和稳定情况,以利于指导和调整施工速率,保证工程质量。本次监测布置沉降观测点和位移观测点分别为9个,根据监测结果分析,堤顶平均产生的沉降量为183mm,平均侧向位移为86.1mm,观测期间最大沉降速率为5mm/d,最大位移