爆炸法处理软土地基（2000.08）

爆炸法处理软土地基

张翠兵  王中黔

1．前    言

球探篮球比分_球探体育app下载-直播|官网：软土地基的处理，一直是工程界所关心的问题。经过多年的发展，已有了多种成熟的技术，如置换法，预压堆载，真空预压，强夯法和深层搅拌化学固结等方法。虽然以上各种方法在不同的地基介质及不同的土工条件下均已取得了良好的效果，但同时也存在一些不足：如预压堆载法需要大量的土石方，施工操作繁重，真空预压法要求密封条件较高，且两种方法施工周期通常需要6～8个月，难以满足紧迫建设工程的需要。

    由于爆炸和强夯的荷载性质相近，利用爆炸法来进行软土地基处理是完全可行的。国内外学者就此已进行了大量的研究和实践，在有关文献中，还专门介绍了这类工程的大量实例，这些工程均取得了较好的效果。

根据处理介质的不同，大致可以分为以下两种：(1)爆炸法处理陆上软土地基；(2)爆炸法处理海淤软基。

2．爆炸法处理陆上软土地基

    (1)爆炸置换用于陆上路堤的软基处理

    爆炸置换处理陆上路堤的软基，通常有4种施工方式：

    ①基底爆破

    这种方法是在抛填的路堤前方软土中埋置药包，路堤前端局部堆高(超载)通过爆炸，路堤前端的软土被回填物质置换，路堤向前延伸。

    ②下填法

    在回填体底部设置药包，依靠爆炸将底部软土推出使回填体下沉。

    ③抛掷开沟法

    与上述2种适用于软土较厚的情况不同，本法适用于软土层较薄(≤4～5 m)的地方。爆炸在回填前进行。

    ④卸载法

    在拟抛路堤两侧用爆炸抛掷方法开沟，使堤侧下沉。本法与抛掷开沟法一样，使用于回填物为粘土情形，而不适用于易塌落的砂或砾石。

    (2)爆炸压密法用于非粘性饱和土的加固

    爆炸法用于非粘性饱和土的压密，作用原理类似于强夯，其基本过程可理解为在强动荷载下土体液化和土颗粒重新排列。按药包与被压实土体的相对位置来划分，爆压技术可分为深层药包爆振法、水中悬吊药包爆振法、裸露药包接触爆炸法3种。其中，爆振法特别适用于深层压实，接触爆炸法效果较差，一般不用。

一般认为：饱和砂之所以能通过爆炸作用达到大范围深层压实，主要是利用砂土动力液化的特性，砂土充分饱和是实施爆炸压实的必备条件。佟锦岳、石教往等通过试验提出了单药包液化半径或有效压实半径为：

式中  R_ji----单药包液化半径或有效压实半径，m；

       h----药包埋置深度，m；

       Q----单药包药量，kg；

       h_m---最大压实深度，m。

    聂守智等研究了爆炸后地面沉降量和砂层液化深度来判断砂基地震液化可能性，进而提出了炸药用量与埋置深度的关系：

q=kh³

    式中系数k与砂的颗粒大小、形状、级配、紧密度有关，同时也和炸药种类、埋置深度有关，可通过试验确定，k值一般为0．03～0．036。

    淤泥地基爆炸排水分为两个阶段：第一阶段为急剧排水阶段，持续时间短，沉降量大；第二阶段为固结排水阶段，持续时间长，沉降量不大。

淤泥中硝铵炸药爆炸冲击波压力峰值P_m与比药量、的关系为：

在爆炸后，地基有较大的瞬时沉降，其瞬时沉降值随爆炸次数的增多而减少，1～3遍时沉降明显，伴随爆炸排水，地基土的物理力学指标改善，淤泥地基爆炸排水联合堆载预压将会加快固结速度。

3．爆炸法处理海淤软基的几种方法

    爆炸处理海淤软基经过几年的试验研究和工程实践，发展了3种施工方法：爆炸排淤填石法．爆振法和堤下爆炸挤淤法，现将这几种施工方法作一介绍。

    (l)爆炸排淤填石法

    爆炸排淤填石法是在抛填堆石体的前方淤泥适当位置放置群药包，爆后抛填堆石体前沿便向淤泥内塌落，朝前塌落的堆石体形状如同“石舌”。这个“石舌”体就是抛填体在爆炸作用下，在排除淤泥过程中塌落形成的。回淤是经过扰动的淤泥，含水量大，强度低。当继续抛填至“石舌”断面时，“石舌”上部的淤泥很容易被挤出，形成完整的新抛填体。正确布置药包，通过若干次这样的循环，就可筑成设计所需的海堤。

    中科院力学所张建华教授通过大量工程实践，归纳总结出爆炸排淤填石法的药量公式为：

q = k ´ H₂ ´ DA

式中  q----单位长度药量，kg；

      k----系数；

     H₂----泥深，m；

    DA----“石舌”长度，m。

在此基础上发展的空腔爆炸排淤填石法．其基本原理同排淤填石法．但药包要布置在相当水深的淤泥软基表面上。爆炸排淤空腔半径值是形成爆炸“石舌”的关键，当淤泥性质和所选用的炸药确定后，排淤空腔半径越大时要求装药量越大；当淤泥阻力越大时，一定的排淤空腔要求药量也越大。其药量计算公式如下：

式中  Q----药量，kg；

    R_bmax---排淤半径，m；

      t₂----快剪强度，Pa；

      P_H ---爆压，Pa；

      t₁----单位面积上阻力，Pa；

       k----系数，取0．5；

       r----炸药密度，kg／m3。

    邓玉雷、吴从师研究了毫秒爆破技术降低爆炸排淤填石工程振动效应的可能性，得出了以下结论：

    ①水下排淤振动的主要特点是：垂直方向振动速度比水平径向振动速度大得多(1～2倍)，毫秒爆破比齐发爆破有明显降振效果；

    ②选择合理的毫秒间隔时间(80 ms)和起爆顺序，不但降振效果明显，而且排淤效果得以改善。

    (2)爆夯法

    爆夯法施工时，将炸药放置在已堆好的堆石体或其上一定的挂高处，堆石体下为一定深度的淤泥，采用点阵式等距离方式布置药包，并且在药包上要有一定深度的覆盖水情况下才能起爆。

成永华等提出了一个水下爆夯挤淤参数设计的计算模型，并给出了单药包药量计算公式如下：

式中  m_e----药包质量，kg；

       L----药包中心到抛石面距离，m；

       s----淤泥正应力强度，Pa；

       H----抛石柱体高度，即抛石厚度，m；

       r-----抛石柱体半径，m；

       a----抛石柱体直径，也是药包间距，m，推荐L/a=0.5～1.0；

      J,g----与炸药有关的参数，(TNT炸药：J=61801，y=2.05)。

    陶松垒推荐的海上防波堤抛石基床爆炸夯实法施工工艺和工艺技术，其单药包药量计算

公式为：

Q = Q₀ a b Hh／n

式中  Q₀----爆夯单耗，压缩1 m³土体所需的药量，取1.5 kg／m³；

     a,b----药包平面排、间距，取4.5 m；

      H----爆夯基床厚度，取6～10 m；

      h----夯实率，取15％；

      n----爆夯次数，取2～3次。

    (3)堤下爆炸挤淤法

    堤下爆炸挤淤法是将条形药包(或多个集中药包)埋设在堆石体下淤泥中或淤泥表面上的一种施工方法。在堆石体上有覆盖水，有时也无覆盖水。炸药引爆后，爆炸压力将淤泥从堆石体下挤出，随后堆石体在重力的作用下落至被挤出淤泥的空间。

张加华给出的堤下爆炸挤淤法处理包心堤的理论药量计算公式为：

式中  q_e----最小药量；

      r_m----淤泥密度；

      L_r----堆石体宽度；

      H_r----堆石体厚度；

      H_m----淤泥层原始厚度。

采用堤下爆炸挤淤法施工方法的优点是能量得到比较充分的利用，但装药较为复杂，安全问题比较突出，需要作进一步的研究。

    4．结    语

    爆炸属瞬时冲击强动荷载，运用爆炸的方法对软基进行处理是可行的，国内外球探篮球比分_球探体育app下载-直播|官网：这方面的工程实践也很多，运用得也比较成功，但基本方法大致为以上介绍的这些，尽管在工程上的运用已日趋成熟，但由于荷载的特殊和介质的复杂性，使得爆炸处理软基的机理研究起来很是困难，这方面还需要做进一步的工作。

发表刊物：铁道工程爆破文集--第六届全路工程爆破学术会议。北京：中国铁道出版社，2000年8月。