超長步距爆破擠淤項目可行性研究報告

PAGEPAGE23工程經(jīng)營科技項目可行性研究報告項目名稱：超長步距爆破擠淤施工工藝研究編制單位：（公章）項目起止期限：2012年4月至2013年3月編報日期：2012年4月8日

目錄TOC\o"1-3"\h\u1. 項目研究背景及必要性 41.1. 研究背景 41.2. 研究的必要性 41.3. 研究目的 52. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 52.1. 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 52.2. 主要參考文獻(xiàn) 73. 項目依托工程概況 74. 項目研究實施方案 84.1. 擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題 84.2. 實施的具體內(nèi)容及方案 84.3. 擬采取的技術(shù)路線 165. 考核目標(biāo)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 165.1. 具體的考核目標(biāo) 165.2. 技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) 176. 項目研究開發(fā)進(jìn)度 177. 項目承擔(dān)單位概況 187.1. 項目承擔(dān)單位概況 187.2. 項目主要參加人員情況 188. 研究經(jīng)費預(yù)算及資金籌措情況 198.1. 項目總經(jīng)費和年度預(yù)算經(jīng)費 198.2. 資金籌措及撥款計劃 209. 項目預(yù)期目標(biāo)及經(jīng)濟(jì)、社會效益評估 209.1. 預(yù)期成果 209.2. 預(yù)期目標(biāo) 209.3. 經(jīng)濟(jì)、社會效益 20附表1編寫人員名單 22附表2編寫單位意見 23項目研究背景及必要性研究背景爆破擠淤是軟基處理的一種新技術(shù)，是通過爆炸沖擊作用降低淤泥結(jié)構(gòu)性強(qiáng)度，同時利用拋石體本身的自重使爆前處于平衡狀態(tài)的拋石體向強(qiáng)度降低處的淤泥內(nèi)滑移，達(dá)到泥、石置換的目的。爆破擠淤處理加固地基的基本原理是在堤頭一定位置的淤泥內(nèi)埋置藥包，藥包爆炸將淤泥向四周擠出并向上拋擲形成爆坑，堤頭拋石體在爆炸空腔負(fù)壓和重力作用下定向滑移落入爆坑并形成石舌，瞬時實現(xiàn)泥石置換。同時，藥包爆炸產(chǎn)生的沖擊波和振動還使爆源附近一定范圍內(nèi)的淤泥受到強(qiáng)烈擾動，物理力學(xué)性能參數(shù)急劇下降，承載能力迅速減弱至幾乎完全失去，拋石體在自重作用下進(jìn)一步滑移或下沉；后續(xù)堤頭藥包爆破的多次振動作用將加速堤身下沉落底；爆破振動效應(yīng)使拋填塊石相對移動，堤身石料密實度增加，使堤身后期沉降減小。如今，爆破擠淤廣泛用于防護(hù)堤、圍堰、護(hù)岸、駁岸、圍堤、碼頭、造船廠滑道等的工程淤泥軟基處理。其適用的地質(zhì)條件為淤泥軟土地基，置換的軟基厚度一般為4～25m，循環(huán)步距一般為4～7m。對于淤泥厚度小于4m時，可與拋石擠淤、強(qiáng)夯擠淤比較后擇優(yōu)使用，大于25研究的必要性我國沿海地區(qū)多為的海積淤泥質(zhì)土層,如要清除進(jìn)行基礎(chǔ)處理，不僅造價高，而且技術(shù)難度大；而爆炸擠淤法技術(shù)具有施工干擾小、施工速度快、造價低及沉降量小等特點，因而可縮短工期，提高工效。目前爆破擠淤技術(shù)循環(huán)步距多為4.0～7.0m，這也與《水運工程爆破技術(shù)規(guī)范》(JTS204-2008)基本相符。步距超過7.0m時，拋石層底部的淤泥可能被包裹無法擠出，造成泥石混合層過厚，后期沉降量大等問題。實際上，步距應(yīng)根據(jù)水深、水流、泥厚、堤高以及外部環(huán)境等因素綜合考慮來確定。已有的工程實踐表明，步距超過8.0m是可行的。通過超長步距爆破擠淤施工工藝的研究，能夠顯著提高爆破擠淤筑堤的施工效率，減少堤上各工序的相互干擾，有效的加快施工進(jìn)度，經(jīng)濟(jì)效益極其顯著，具有極好的應(yīng)用前景。研究目的結(jié)合贛榆縣濱海新城圍海造陸工程爆破擠淤的工程實踐，在分析爆破與拋填步距的確定原則基礎(chǔ)上，探討超長步距推進(jìn)的施工技術(shù)工藝研究。通過本次技術(shù)研究，提高爆破擠淤的施工效率，降低工程成本，為今后實施超超長步距爆破擠淤工程提供理論依據(jù)，進(jìn)一步提高我局在軟基處理方面上的競爭力，同時為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出重要貢獻(xiàn)。國內(nèi)外研究現(xiàn)狀國內(nèi)外研究現(xiàn)狀近年來，隨著爆破擠淤技術(shù)的不斷發(fā)展，早期建立在幾何相似基礎(chǔ)上的“爆炸排淤填石”等方法逐漸過渡到以強(qiáng)度相似理論為基礎(chǔ)的“爆炸定向滑移”方法，循環(huán)步距的確定原則和方法也相應(yīng)發(fā)生了改變?！氨婆庞偬钍ā敝?，爆坑的大小決定了泥下石舌的大小，爆后石料補(bǔ)拋填超過石舌范圍時會在堤身形成淤泥夾層，影響堤身質(zhì)量。因此循環(huán)步距的長短與爆坑的大小有關(guān)。受單個藥包重量和埋藥深度的限制，泥下爆坑的直徑通常不超過7.0m，這與相關(guān)規(guī)范中給出的循環(huán)步距不超過7.0m“爆炸定向滑移筑堤法”由于采用了集群藥包和特殊的裝藥工藝，爆破的有效作用范圍遠(yuǎn)大于爆坑的大小，泥石的置換范圍由滑移線或滑移面確定，超過了“爆炸排淤填石法”中石舌的范圍。爆后石料的補(bǔ)拋量和補(bǔ)拋范圍根據(jù)累計的爆破有效距離和有效深度計算，循環(huán)步距的大小也由此確定。因此具有適用性廣，工程造價低，質(zhì)量可靠等優(yōu)點，目前被廣泛采用。爆炸定向滑移筑堤法基于“強(qiáng)度相似理論”，它是將土力學(xué)中承載力和有效應(yīng)力等概念引入到爆炸力學(xué)中，將爆炸產(chǎn)生的沖擊和振動載荷與淤泥強(qiáng)度的喪失與恢復(fù)建立關(guān)系。炸藥在泥下爆炸，淤泥被置換，主要是利用了炸藥與淤泥間的“加載”和“響應(yīng)”過程，強(qiáng)烈載荷擾動的淤泥會在瞬間喪失強(qiáng)度和承載能力，上部的拋石體在重力作用下失穩(wěn)并產(chǎn)生滑動，控制和利用拋石體的滑動可以加速其下沉和落底。淤泥中的爆炸不僅是關(guān)注爆坑的大小，最主要關(guān)注的是爆炸影響區(qū)的大小，從而使得超長步距推進(jìn)成為可能。主要參考文獻(xiàn)[1]中華人民共和國交通運輸部.JTS/204-2008水運工程爆破技術(shù)規(guī)范[S].北京:人民交通出版社，2009。[2]張建勛，汪旭光，黃良材.關(guān)于規(guī)范中爆破排淤填石的爆破設(shè)計若干問題探討[J］.水運工程，2010(6):27-29，36。[3]余海忠，胡榮華.爆破擠淤技術(shù)的研究與應(yīng)用現(xiàn)狀[J].施工技術(shù)，2009，38(S2):1-5。[4]王克勤，王相國.爆破擠淤法施工中的安全控制[J］.中國水運，2009,9(1):233-234。[5]韋愛勇.控制爆破技術(shù)[M].成都:電子科技大學(xué)出版社，2009。項目依托工程概況贛榆縣濱海新城圍海造陸工程施工項目位于贛榆縣新城區(qū)東部，在沙汪河與青口河之間海域進(jìn)行圍海造陸工程。工程內(nèi)容包括：外護(hù)岸FG段、EF段的F0+000～F0+719區(qū)段和內(nèi)護(hù)岸B1IF1段，以及造陸Ⅱ區(qū)（近岸處）的吹填工程。FG段護(hù)岸是造陸Ⅱ區(qū)的南側(cè)的永久護(hù)岸，兼作吹填施工的圍堰。該段護(hù)岸總長為965m，里程編號為G0+0～G0+965，護(hù)岸西端與原有大堤相接，東端與EF段外護(hù)岸及B1IF1段內(nèi)護(hù)岸相銜接。其中，外護(hù)岸G0+100～G0+965段、EF段F0+000～F0+719段，共計1684m需進(jìn)行爆破擠淤施工，設(shè)計推填堤心石頂標(biāo)為6.5m。泥面高程在+5.47m～+1.28m之間，淤泥厚度6.3～10.6m，泥石置換量達(dá)400000m3。本工程附近爆破環(huán)境較好，距離村莊較遠(yuǎn)。為了工程的快速進(jìn)行，可以嘗試采用超長步距、項目研究實施方案擬解決的關(guān)鍵技術(shù)問題（1）堤身的最危險部位及最小安全系數(shù)影響因素分析；（2）找準(zhǔn)拋填施工石舌位置；（3）拋填步距的確定方法；（4）爆破影響區(qū)域的影響因素分析；（5）局部出現(xiàn)淤泥夾層，底部泥石混合層厚度過大，不均勻沉降以及堤心石密實度不均勻等施工質(zhì)量影響因素分析。實施的具體內(nèi)容及方案4.2.1施工工藝流程圖4-1爆破擠淤施工工藝流程圖4.2.2典型爆破試驗及參數(shù)確定（1）爆破參數(shù)初步計算根椐土工計算原理和堤身設(shè)計高度，結(jié)合當(dāng)?shù)爻毕?guī)律和過往的施工經(jīng)驗，堤頂拋填高程為+6.0m，施工保障率可達(dá)95%以上，堤頭超拋2m～4m后進(jìn)行端部爆填根據(jù)拋填計算高度值和堤身設(shè)計斷面，確定堤身拋填寬度。由拋填高度和寬度計算堤身自重加載擠淤深度，通過側(cè)爆達(dá)到設(shè)計寬度。根據(jù)經(jīng)驗和爆炸作用機(jī)理確定爆炸參數(shù)，不同的淤泥厚度分別采用不同的爆破參數(shù)，地質(zhì)資料顯示，本工程軟土層厚度變化不大，堤頭、邊坡爆填及爆夯分別按不同斷面設(shè)計爆破參數(shù)，施工中根據(jù)下列公式并結(jié)合現(xiàn)場實際情況可再作適當(dāng)調(diào)整。1）線藥量qL=q0·LH·HmwHmw=Hm+γw/γm·Hw式中qL—線藥量q0—爆破排淤填石單耗LH—爆破排淤填石一次推進(jìn)的水平距離（m）Hmw—計入覆蓋水深的折算淤泥厚度（m）Hm—置換淤泥厚度（m）（含淤泥包隆起高度）γm—淤泥重度（KN/m3），取16.6KN/m3γw—水重度（KN/m3），取10.3KN/m3Hw—覆蓋水深（m）2）一次爆破排淤填石藥量Q1=qL·LL式中Q1—一次爆破排淤填石藥量（kg）LL—爆破排淤填石一次的布藥線長度（m）3）單孔藥量q1=Q1/mm=（LL/a）+1式中q1—單孔藥量m—一次布藥孔數(shù)a—藥包間距（m）（2）典型試驗及爆破參數(shù)確定針對現(xiàn)場的地質(zhì)情況和淤泥物理力學(xué)指標(biāo)的差異，采用圓弧滑動方法計算出堤身的最危險部位及最小安全系數(shù)，并結(jié)合現(xiàn)場典型試驗段，試驗段結(jié)束進(jìn)行鉆孔和物探檢測，確定堤身的落底寬度和深度是否符合設(shè)計要求。并在試驗段范圍內(nèi)進(jìn)行石料方量平衡計算，為后續(xù)施工提供依據(jù)，在此基礎(chǔ)上確定拋填步距和爆破參數(shù)。爆破擠淤施工工藝循環(huán)步距根據(jù)集群藥包爆破時的有效作用范圍而確定，受到泥厚、水深、堤向斷面尺寸、爆區(qū)周圍環(huán)境等因素的制約，應(yīng)顧及到安全與質(zhì)量風(fēng)險、施工進(jìn)度及施工難度等方面的問題。隨著拋填步距的增大，堤頭部位的抗滑穩(wěn)定性變差，受漲落潮的影響，局部可能會發(fā)生失穩(wěn)塌落及下沉。堤頭發(fā)生失穩(wěn)滑移之前能夠拋填的最超長步距，就是本工程的最大拋填步距，最大拋填步距可根據(jù)土力學(xué)計算結(jié)合工程現(xiàn)場試驗得到。針對施工拋填過程中堤身可能發(fā)生局部失穩(wěn)滑移，容易造成拋填車輛傾覆的嚴(yán)重后果，因此實際施工中應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場條件采用的最佳的步距量。超長步距推進(jìn)容易造成堤頭局部失穩(wěn)滑移，堤身局部出現(xiàn)淤泥夾層，底部泥石混合層厚度過大，不均勻沉降以及堤心石密實度不均勻等施工質(zhì)量和安全風(fēng)險。為回避這類風(fēng)險，超長步距推進(jìn)施工工藝對爆破設(shè)計及施工工藝有更高要求，需要在爆破設(shè)計、質(zhì)量監(jiān)測等方面做相應(yīng)改進(jìn)，并加強(qiáng)在超長步距推進(jìn)時側(cè)爆補(bǔ)償方法等。總之，通過控制加載（拋填和爆炸）擠淤，形成泥石置換；同時，經(jīng)過拋填斷面尺寸、爆炸參數(shù)控制，使堤身形成最接近設(shè)計的斷面（落底深度和堤身寬度），達(dá)到保證工程質(zhì)量和控制造價的目的。4.2.3具體實施方案（1）堤頭爆填設(shè)立堤軸線和兩側(cè)拋填邊沿線標(biāo)記，為了解堤軸線附近水深地形變化和為施工中工程量計算提供依據(jù)，施工前做必要的水深地形復(fù)測。按兩側(cè)拋填邊沿線標(biāo)記和步距要求進(jìn)行拋填，拋填時應(yīng)對拋填石料進(jìn)行源頭控制，盡量將大塊石拋在堤身的兩側(cè)，使堤身在施工期有較強(qiáng)的抗風(fēng)能力，不符合設(shè)計要求的石料禁止上堤。當(dāng)達(dá)到爆填步距時，開始爆填作業(yè)。在推填堤芯前方一定距離內(nèi)，將藥包埋入淤泥下或置于泥面上。裝藥完成，檢查無誤后，開始進(jìn)行堤頭爆破，爆炸動能將淤泥排開，形成爆坑，堤頭石料在瞬時內(nèi)塌落和充滿爆坑，并落到持力層上，完成石料對淤泥的置換。整個過程稱之為一個爆填循環(huán)。然后再開始石料推填－裝藥－起爆，進(jìn)行下一個循環(huán)，直至達(dá)到設(shè)計堤長。每次堤頭爆破完成后，及時進(jìn)行石料補(bǔ)填。拋填施工是否找準(zhǔn)堤端石舌對拋填質(zhì)量影響較大，拋填不到石舌前端，則裝藥困難（甚至不能裝）；拋填超過石舌前端，則堤端出現(xiàn)較嚴(yán)重沉降，直接影響堤身落底質(zhì)量，因此每爆補(bǔ)拋填堤推進(jìn)的堤端理想位置應(yīng)該與石舌前端重合。施工時應(yīng)注意里程控制，拋石到達(dá)堤端里程立即停止推進(jìn)。圖4-2爆前、爆后及循環(huán)拋填斷面示意圖（2）堤身側(cè)向爆填完成堤頭爆填后，石料基本落到持力層上，但仍需對堤芯兩側(cè)進(jìn)行側(cè)爆填，以便加寬堤身和整形，達(dá)到設(shè)計要求。施工原理和方法與堤頭爆填基本相同。當(dāng)?shù)填^步距超過100m時，按設(shè)計拋填參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)高、補(bǔ)寬后，并按側(cè)爆參數(shù)進(jìn)行側(cè)向爆炸。一般每次側(cè)向爆破的長度為60m（3）內(nèi)外側(cè)坡腳爆夯坡腳爆夯是使內(nèi)外側(cè)坡腳穩(wěn)定的必要步驟，尤其是在風(fēng)浪及潮差較大的情況下，坡腳往往是堤身較薄弱的部位，通過對坡腳進(jìn)行爆夯處理，可以起到密實加固的效果。當(dāng)水深較淺或外側(cè)平臺較寬時，可以將坡腳爆夯改為二次側(cè)向爆填施工。（4）布藥工藝根據(jù)本施工現(xiàn)場的自然條件，爆填施工采用陸上裝藥設(shè)備進(jìn)行布藥。布藥機(jī)由1臺改裝的挖掘機(jī)和2根布藥管組成。布藥管內(nèi)徑為220mm，壁厚20mm，管長16m和22m。頂端安裝2臺反向轉(zhuǎn)動的震動電機(jī)，每臺最大激振力10T。圖4-3裝藥工藝圖布藥線平行于拋石前緣，位于前緣外1～2m。操作時吊車到堤頂指定位置，提起布藥管，通過陸上定標(biāo)指揮將布藥管定位，然后開動電機(jī)，布藥管在自重和震動力的作用下徐徐在淤泥中下沉，達(dá)到深度后關(guān)上電機(jī)開關(guān)，由技術(shù)工通過布藥管上部的藥室小門，在工作船上將做好的藥包沿管內(nèi)下放至管底；人工打開布藥管的開關(guān)門，吊機(jī)上提，藥包在配重下下落至設(shè)計位置。提起裝藥器進(jìn)行下一循環(huán)作業(yè)。超長步距快速推進(jìn)方法通常伴隨著大藥量集群藥包的使用，爆破危害作用不能忽視，施工時應(yīng)加強(qiáng)安全監(jiān)督。圖4-4爆破網(wǎng)絡(luò)示意圖（5）爆破擠淤施工質(zhì)量檢測采用以下方法，對施工過程和施工結(jié)果進(jìn)行質(zhì)量檢測。1）自沉和爆沉累積計算法。根據(jù)拋填斷面及每炮爆前爆后測量結(jié)果，估算堤身落底深度。根據(jù)應(yīng)用自沉和爆沉累積計算法的結(jié)果，結(jié)合每炮拋填石料質(zhì)量與方量記錄，估算堤身落底深度和寬度。2）體積平衡法。在具備拋填計量條件下，于施工期分段應(yīng)用，根據(jù)實際拋填方量和設(shè)計斷面方量推算堤身斷面形狀。3）沉降位移觀測法。對爆填結(jié)束的施工段，按設(shè)計要求安裝沉降位移觀測的設(shè)備，定期進(jìn)行沉降位移的觀測。4）鉆孔探摸法。直接探明拋石體置換淤泥的落底狀況。按設(shè)計要求進(jìn)行鉆孔取芯，且第一次鉆孔與探地雷達(dá)同步進(jìn)行，鉆孔應(yīng)通過拋石體并深入下臥持力層不少于2m，以判明各土層的物理力學(xué)性質(zhì)。5）地球物理探測法。對堤身的全斷面進(jìn)行檢測，確定內(nèi)外坡腳是否達(dá)到設(shè)計的寬度和落底深度。擬采取的技術(shù)路線技術(shù)路線調(diào)查研究技術(shù)路線調(diào)查研究現(xiàn)狀調(diào)研，資料收集、分析等編制研究工作大綱按要求編制針對性、操作性強(qiáng)的工作大綱，并通過評審各項內(nèi)容研究理論研究，典型試驗等結(jié)合依托工程設(shè)計研究內(nèi)容應(yīng)用到實際工程依托工程建設(shè)項目總結(jié)施工方案優(yōu)化設(shè)計編寫研究報告項目驗收鑒定主要內(nèi)容圖4-5技術(shù)路線示意圖考核目標(biāo)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)具體的考核目標(biāo)超長步距快速推進(jìn)的施工方法需要在爆破設(shè)計和施工工藝兩個方面做出改進(jìn)。試驗階段單炮步距初步定為4～7m，根據(jù)現(xiàn)場施工情況及數(shù)據(jù)的研究分析，通過調(diào)整推填斷面尺寸，改進(jìn)爆破設(shè)計，加強(qiáng)現(xiàn)場施工組織協(xié)調(diào)等方式，在確保施工質(zhì)量和安全的基礎(chǔ)上，擬逐步將單炮步距提高到9～15技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（1）對多種方案進(jìn)行論證，形成超長步距爆破擠淤筑堤施工技術(shù)；（2）獲得泥石的置換范圍的經(jīng)驗公式及模型；（3）獲得累計的爆破有效距離和有效深度計算方法；（4）通過超長步距爆破擠淤技術(shù)的運用，有效降低工程成本。項目研究開發(fā)進(jìn)度研究期限為2012.4～2013.3，共一年。2012.4～2012.6完成：（1）典型區(qū)段爆破擠淤試驗；（2）結(jié)合現(xiàn)場施工，通過對已進(jìn)行工程資料整理和分析，研究超長步距爆破擠淤筑堤施工技術(shù)的可行性、適用性；（3）典型試驗及研究分析后，通過現(xiàn)場超長步距爆破擠淤筑堤施工進(jìn)行驗證。2012.7～2013.3完成：（1）結(jié)合現(xiàn)場超長步距爆破擠淤筑堤施工，對技術(shù)方案進(jìn)行優(yōu)化，擴(kuò)大技術(shù)方案的適用性，進(jìn)一步提高施工效率，降低工程成本。（2）質(zhì)量監(jiān)測。（3）完成研究報告。項目承擔(dān)單位概況項目承擔(dān)單位概況本項目主承擔(dān)單位為長江宜昌航道工程局，該局隸屬于中華人民共和國交通運輸部長江航道局，持有國家建設(shè)部頒發(fā)的港口與航道工程施工總承包一級資質(zhì)證書，注冊資本金5.1億元，通過了ISO9001/ISO14001/GB/T28001質(zhì)量/環(huán)境/職業(yè)健康安全管理體系認(rèn)證，現(xiàn)有職工650人，其中高中級技術(shù)人員225名，曾多次承擔(dān)防波堤、圍堰、護(hù)岸、碼頭、造船廠滑道等工程的軟基處理施工項目，長期從事軟基處理的研究、與管理等工作，具有豐富的經(jīng)驗，為項目的實施提供了堅實的技術(shù)保障。項目主要參加人員情況項目負(fù)責(zé)人：郭振勇參加人員及分工如下表：表7-1項目參加人員及分工表序號姓名職稱項目職務(wù)所在單位項目中分工1郭振勇助工副總工長江宜昌航道工程局項目總負(fù)責(zé)，技術(shù)研究與總結(jié)2李可堯高工項目經(jīng)理長江宜昌航道工程局協(xié)調(diào)，長步距研究3張龍工程師副經(jīng)理長江宜昌航道工程局技術(shù)研究，典型試驗4徐宏義工程師副經(jīng)理長江宜昌航道工程局推填堤身斷面研究5楊巧云助工主管長江宜昌航道工程局資料收集與整理6盧鵬助工工程主管長江宜昌航道工程局技術(shù)研究，現(xiàn)場實施7雷陸飛助工合同主管長江宜昌航道工程局水文及地質(zhì)資料分析8季錦榮助工質(zhì)量主管長江宜昌航道工程局質(zhì)量檢測，數(shù)據(jù)統(tǒng)計9陳曉明工程師安全主管長江宜昌航道工程局安全監(jiān)督，設(shè)備材料管理研究經(jīng)費預(yù)算及資金籌措情況項目總經(jīng)費和年度預(yù)算經(jīng)費表8-1項目總經(jīng)費估算表金額單位：萬元經(jīng)費來源預(yù)算經(jīng)費支出預(yù)算科目預(yù)算費科目總經(jīng)費局撥經(jīng)費來源預(yù)算合計220.0支出預(yù)算合計220.050.0一、撥款50.0一、相關(guān)業(yè)務(wù)費