超长步距爆破挤淤项目可行性研究报告.doc

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1、工程经营科技项目可行性研究报告项目名称： 超长步距爆破挤淤施工工艺研究 编 制 单 位 ： （公章）项目起止期限： 2012 年 4 月至 2013 年 3 月编报日期： 2012 年 4 月 8 日目 录1.项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.国内外研究现状52.1.国内外研究现状52.2.主要参考文献73.项目依托工程概况74.项目研究实施方案84.1.拟解决的关键技术问题84.2.实施的具体内容及方案84.3.拟采取的技术路线165.考核目标和技术经济指标165.1.具体的考核目标165.2.技术经济指标176.项目研究开发进度177.项目

2、承担单位概况187.1.项目承担单位概况187.2.项目主要参加人员情况188.研究经费预算及资金筹措情况198.1.项目总经费和年度预算经费198.2.资金筹措及拨款计划209.项目预期目标及经济、社会效益评估209.1.预期成果209.2.预期目标209.3.经济、社会效益20附表1 编写人员名单22附表2 编写单位意见231. 项目研究背景及必要性1.1. 研究背景爆破挤淤是软基处理的一种新技术，是通过爆炸冲击作用降低淤泥结构性强度，同时利用抛石体本身的自重使爆前处于平衡状态的抛石体向强度降低处的淤泥内滑移，达到泥、石置换的目的。爆破挤淤处理加固地基的基本原理是在堤头一定位置的淤泥内埋置

3、药包，药包爆炸将淤泥向四周挤出并向上抛掷形成爆坑，堤头抛石体在爆炸空腔负压和重力作用下定向滑移落入爆坑并形成石舌，瞬时实现泥石置换。同时，药包爆炸产生的冲击波和振动还使爆源附近一定范围内的淤泥受到强烈扰动，物理力学性能参数急剧下降，承载能力迅速减弱至几乎完全失去，抛石体在自重作用下进一步滑移或下沉；后续堤头药包爆破的多次振动作用将加速堤身下沉落底；爆破振动效应使抛填块石相对移动，堤身石料密实度增加，使堤身后期沉降减小。如今，爆破挤淤广泛用于防护堤、围堰、护岸、驳岸、围堤、码头、造船厂滑道等的工程淤泥软基处理。其适用的地质条件为淤泥软土地基，置换的软基厚度一般为425m，循环步距一般为47m。对

4、于淤泥厚度小于4m时，可与抛石挤淤、强夯挤淤比较后择优使用，大于25m时，须进行论证。1.2. 研究的必要性我国沿海地区多为的海积淤泥质土层, 如要清除进行基础处理，不仅造价高，而且技术难度大；而爆炸挤淤法技术具有施工干扰小、施工速度快、造价低及沉降量小等特点，因而可缩短工期，提高工效。目前爆破挤淤技术循环步距多为4.07.0m，这也与水运工程爆破技术规范(JTS 204-2008)基本相符。步距超过7.0m时，抛石层底部的淤泥可能被包裹无法挤出，造成泥石混合层过厚，后期沉降量大等问题。实际上，步距应根据水深、水流、泥厚、堤高以及外部环境等因素综合考虑来确定。已有的工程实践表明，步距超过8.0

5、 m是可行的。通过超长步距爆破挤淤施工工艺的研究，能够显著提高爆破挤淤筑堤的施工效率，减少堤上各工序的相互干扰，有效的加快施工进度，经济效益极其显著，具有极好的应用前景。1.3. 研究目的结合赣榆县滨海新城围海造陆工程爆破挤淤的工程实践，在分析爆破与抛填步距的确定原则基础上，探讨超长步距推进的施工技术工艺研究。通过本次技术研究，提高爆破挤淤的施工效率，降低工程成本，为今后实施超超长步距爆破挤淤工程提供理论依据，进一步提高我局在软基处理方面上的竞争力，同时为国民经济发展做出重要贡献。2. 国内外研究现状2.1. 国内外研究现状近年来，随着爆破挤淤技术的不断发展，早期建立在几何相似基础上的“爆炸排

6、淤填石”等方法逐渐过渡到以强度相似理论为基础的“爆炸定向滑移”方法，循环步距的确定原则和方法也相应发生了改变。“爆破排淤填石法”中，爆坑的大小决定了泥下石舌的大小，爆后石料补抛填超过石舌范围时会在堤身形成淤泥夹层，影响堤身质量。因此循环步距的长短与爆坑的大小有关。受单个药包重量和埋药深度的限制，泥下爆坑的直径通常不超过7.0m，这与相关规范中给出的循环步距不超过7.0m 的结论相符。“爆炸定向滑移筑堤法”由于采用了集群药包和特殊的装药工艺，爆破的有效作用范围远大于爆坑的大小，泥石的置换范围由滑移线或滑移面确定，超过了“爆炸排淤填石法”中石舌的范围。爆后石料的补抛量和补抛范围根据累计的爆破有效距

7、离和有效深度计算，循环步距的大小也由此确定。因此具有适用性广，工程造价低，质量可靠等优点，目前被广泛采用。爆炸定向滑移筑堤法基于“强度相似理论”，它是将土力学中承载力和有效应力等概念引入到爆炸力学中，将爆炸产生的冲击和振动载荷与淤泥强度的丧失与恢复建立关系。炸药在泥下爆炸，淤泥被置换，主要是利用了炸药与淤泥间的“加载”和“响应”过程，强烈载荷扰动的淤泥会在瞬间丧失强度和承载能力，上部的抛石体在重力作用下失稳并产生滑动，控制和利用抛石体的滑动可以加速其下沉和落底。淤泥中的爆炸不仅是关注爆坑的大小，最主要关注的是爆炸影响区的大小，从而使得超长步距推进成为可能。2.2. 主要参考文献1 中华人民共和

8、国交通运输部. JTS /204-2008 水运工程爆破技术规范S. 北京: 人民交通出版社，2009。2 张建勋，汪旭光，黄良材. 关于规范中爆破排淤填石的爆破设计若干问题探讨J. 水运工程，2010(6):27-29，36。3 余海忠，胡荣华. 爆破挤淤技术的研究与应用现状J.施工技术，2009，38(S2):1-5。4 王克勤，王相国. 爆破挤淤法施工中的安全控制J.中国水运，2009,9(1):233-234。5 韦爱勇. 控制爆破技术M. 成都: 电子科技大学出版社， 2009。3. 项目依托工程概况赣榆县滨海新城围海造陆工程施工项目位于赣榆县新城区东部，在沙汪河与青口河之间海域进行

9、围海造陆工程。工程内容包括：外护岸FG段、EF段的F0+000F0+719区段和内护岸B1IF1段，以及造陆区（近岸处）的吹填工程。FG段护岸是造陆区的南侧的永久护岸，兼作吹填施工的围堰。该段护岸总长为965m，里程编号为G0+0G0+965，护岸西端与原有大堤相接，东端与EF段外护岸及B1IF1段内护岸相衔接。其中，外护岸G0+100G0+965段、EF段F0+000F0+719段，共计1684m需进行爆破挤淤施工，设计推填堤心石顶标为6.5m。泥面高程在+5.47m+1.28m之间，淤泥厚度6.310.6m，泥石置换量达400000m。本工程附近爆破环境较好，距离村庄较远。为了工程的快速进

10、行，可以尝试采用超长步距、大药量堤头爆填推进，并且强调爆后控制压载的方法施工，以形成满足稳定要求的断面。4. 项目研究实施方案4.1. 拟解决的关键技术问题（1）堤身的最危险部位及最小安全系数影响因素分析；（2）找准抛填施工石舌位置；（3）抛填步距的确定方法；（4）爆破影响区域的影响因素分析；（5）局部出现淤泥夹层，底部泥石混合层厚度过大，不均匀沉降以及堤心石密实度不均匀等施工质量影响因素分析。4.2. 实施的具体内容及方案4.2.1施工工艺流程 图4-1 爆破挤淤施工工艺流程图4.2.2典型爆破试验及参数确定（1）爆破参数初步计算根椐土工计算原理和堤身设计高度，结合当地潮汐规律和过往的施工经

11、验，堤顶抛填高程为+6.0m，施工保障率可达95%以上，堤头超抛2m4m后进行端部爆填。通过抛填高度的控制，最大限度地达到挤淤效果，又能保证堤上抛填车辆和布药机具的运行方便和安全。根据抛填计算高度值和堤身设计断面，确定堤身抛填宽度。由抛填高度和宽度计算堤身自重加载挤淤深度，通过侧爆达到设计宽度。根据经验和爆炸作用机理确定爆炸参数，不同的淤泥厚度分别采用不同的爆破参数，地质资料显示，本工程软土层厚度变化不大，堤头、边坡爆填及爆夯分别按不同断面设计爆破参数，施工中根据下列公式并结合现场实际情况可再作适当调整。1）线药量 qL=q0LHHmwHmw=Hm+ w/mHw式中qL线药量q0爆破排淤填石单

12、耗LH爆破排淤填石一次推进的水平距离（m）Hmw计入覆盖水深的折算淤泥厚度（m）Hm置换淤泥厚度（m）（含淤泥包隆起高度）m 淤泥重度（KN/m3），取16.6 KN/m3w 水重度（KN/m3），取10.3 KN/m3Hw覆盖水深（m）2）一次爆破排淤填石药量Q1= qLLL式中Q1一次爆破排淤填石药量（kg） LL爆破排淤填石一次的布药线长度（m） 3）单孔药量 q1=Q1/m m= （LL/a ）+1式中q1单孔药量 m一次布药孔数 a药包间距（m）（2）典型试验及爆破参数确定针对现场的地质情况和淤泥物理力学指标的差异，采用圆弧滑动方法计算出堤身的最危险部位及最小安全系数，并结合现场典型

13、试验段，试验段结束进行钻孔和物探检测，确定堤身的落底宽度和深度是否符合设计要求。并在试验段范围内进行石料方量平衡计算，为后续施工提供依据，在此基础上确定抛填步距和爆破参数。爆破挤淤施工工艺循环步距根据集群药包爆破时的有效作用范围而确定，受到泥厚、水深、堤向断面尺寸、爆区周围环境等因素的制约，应顾及到安全与质量风险、施工进度及施工难度等方面的问题。随着抛填步距的增大，堤头部位的抗滑稳定性变差，受涨落潮的影响，局部可能会发生失稳塌落及下沉。堤头发生失稳滑移之前能够抛填的最超长步距，就是本工程的最大抛填步距，最大抛填步距可根据土力学计算结合工程现场试验得到。针对施工抛填过程中堤身可能发生局部失稳滑移

14、，容易造成抛填车辆倾覆的严重后果，因此实际施工中应根据现场条件采用的最佳的步距量。超长步距推进容易造成堤头局部失稳滑移，堤身局部出现淤泥夹层，底部泥石混合层厚度过大，不均匀沉降以及堤心石密实度不均匀等施工质量和安全风险。为回避这类风险，超长步距推进施工工艺对爆破设计及施工工艺有更高要求，需要在爆破设计、质量监测等方面做相应改进，并加强在超长步距推进时侧爆补偿方法等。总之，通过控制加载（抛填和爆炸）挤淤，形成泥石置换；同时，经过抛填断面尺寸、爆炸参数控制，使堤身形成最接近设计的断面（落底深度和堤身宽度），达到保证工程质量和控制造价的目的。4.2.3具体实施方案（1）堤头爆填设立堤轴线和两侧抛填边

15、沿线标记，为了解堤轴线附近水深地形变化和为施工中工程量计算提供依据，施工前做必要的水深地形复测。按两侧抛填边沿线标记和步距要求进行抛填，抛填时应对抛填石料进行源头控制，尽量将大块石抛在堤身的两侧，使堤身在施工期有较强的抗风能力，不符合设计要求的石料禁止上堤。当达到爆填步距时，开始爆填作业。在推填堤芯前方一定距离内，将药包埋入淤泥下或置于泥面上。装药完成，检查无误后，开始进行堤头爆破，爆炸动能将淤泥排开，形成爆坑，堤头石料在瞬时内塌落和充满爆坑，并落到持力层上，完成石料对淤泥的置换。整个过程称之为一个爆填循环。然后再开始石料推填装药起爆，进行下一个循环，直至达到设计堤长。每次堤头爆破完成后，及时

16、进行石料补填。抛填施工是否找准堤端石舌对抛填质量影响较大，抛填不到石舌前端，则装药困难（甚至不能装）；抛填超过石舌前端，则堤端出现较严重沉降，直接影响堤身落底质量，因此每爆补抛填堤推进的堤端理想位置应该与石舌前端重合。施工时应注意里程控制，抛石到达堤端里程立即停止推进。 图4-2 爆前、爆后及循环抛填断面示意图（2）堤身侧向爆填完成堤头爆填后，石料基本落到持力层上，但仍需对堤芯两侧进行侧爆填，以便加宽堤身和整形，达到设计要求。施工原理和方法与堤头爆填基本相同。当堤头步距超过100m时，按设计抛填参数进行补高、补宽后，并按侧爆参数进行侧向爆炸。一般每次侧向爆破的长度为60m。（3）内外侧坡脚爆夯

17、坡脚爆夯是使内外侧坡脚稳定的必要步骤，尤其是在风浪及潮差较大的情况下，坡脚往往是堤身较薄弱的部位，通过对坡脚进行爆夯处理，可以起到密实加固的效果。当水深较浅或外侧平台较宽时，可以将坡脚爆夯改为二次侧向爆填施工。（4）布药工艺根据本施工现场的自然条件，爆填施工采用陆上装药设备进行布药。布药机由1台改装的挖掘机和2根布药管组成。布药管内径为220mm，壁厚20mm，管长16m和22m。顶端安装2台反向转动的震动电机，每台最大激振力10T。另外配一台90KW发电机跟随，提供布药管上震动电机的电源。 图4-3 装药工艺图布药线平行于抛石前缘，位于前缘外12m。操作时吊车到堤顶指定位置，提起布药管，通过

18、陆上定标指挥将布药管定位，然后开动电机，布药管在自重和震动力的作用下徐徐在淤泥中下沉，达到深度后关上电机开关，由技术工通过布药管上部的药室小门，在工作船上将做好的药包沿管内下放至管底；人工打开布药管的开关门，吊机上提，药包在配重下下落至设计位置。提起装药器进行下一循环作业。超长步距快速推进方法通常伴随着大药量集群药包的使用，爆破危害作用不能忽视，施工时应加强安全监督。 图4-4 爆破网络示意图（5）爆破挤淤施工质量检测采用以下方法，对施工过程和施工结果进行质量检测。 1）自沉和爆沉累积计算法。根据抛填断面及每炮爆前爆后测量结果，估算堤身落底深度。根据应用自沉和爆沉累积计算法的结果，结合每炮抛填

19、石料质量与方量记录，估算堤身落底深度和宽度。2）体积平衡法。在具备抛填计量条件下，于施工期分段应用，根据实际抛填方量和设计断面方量推算堤身断面形状。3）沉降位移观测法。对爆填结束的施工段，按设计要求安装沉降位移观测的设备，定期进行沉降位移的观测。4）钻孔探摸法。直接探明抛石体置换淤泥的落底状况。按设计要求进行钻孔取芯，且第一次钻孔与探地雷达同步进行，钻孔应通过抛石体并深入下卧持力层不少于2m，以判明各土层的物理力学性质。5）地球物理探测法。对堤身的全断面进行检测，确定内外坡脚是否达到设计的宽度和落底深度。4.3. 拟采取的技术路线技术路线调查研究现状调研，资料收集、分析等编制研究工作大纲按要求

20、编制针对性、操作性强的工作大纲，并通过评审各项内容研究理论研究，典型试验等结合依托工程设计研究内容应用到实际工程依托工程建设项目总结施工方案优化设计编写研究报告项目验收鉴定主要内容 图4-5 技术路线示意图5. 考核目标和技术经济指标5.1. 具体的考核目标超长步距快速推进的施工方法需要在爆破设计和施工工艺两个方面做出改进。试验阶段单炮步距初步定为47m，根据现场施工情况及数据的研究分析，通过调整推填断面尺寸，改进爆破设计，加强现场施工组织协调等方式，在确保施工质量和安全的基础上，拟逐步将单炮步距提高到915m。5.2. 技术经济指标（1）对多种方案进行论证，形成超长步距爆破挤淤筑堤施工技术；

21、（2）获得泥石的置换范围的经验公式及模型；（3）获得累计的爆破有效距离和有效深度计算方法；（4）通过超长步距爆破挤淤技术的运用，有效降低工程成本。6. 项目研究开发进度研究期限为2012.42013.3，共一年。2012.42012.6完成：（1）典型区段爆破挤淤试验；（2）结合现场施工，通过对已进行工程资料整理和分析，研究超长步距爆破挤淤筑堤施工技术的可行性、适用性；（3）典型试验及研究分析后，通过现场超长步距爆破挤淤筑堤施工进行验证。2012.72013.3完成：（1）结合现场超长步距爆破挤淤筑堤施工，对技术方案进行优化，扩大技术方案的适用性，进一步提高施工效率，降低工程成本。（2）质量监

22、测。（3）完成研究报告。7. 项目承担单位概况7.1. 项目承担单位概况本项目主承担单位为长江宜昌航道工程局，该局隶属于中华人民共和国交通运输部长江航道局，持有国家建设部颁发的港口与航道工程施工总承包一级资质证书，注册资本金5.1亿元，通过了ISO9001/ISO14001/GB/T28001质量/环境/职业健康安全管理体系认证，现有职工650人，其中高中级技术人员225名，曾多次承担防波堤、围堰、护岸、码头、造船厂滑道等工程的软基处理施工项目，长期从事软基处理的研究、与管理等工作，具有丰富的经验，为项目的实施提供了坚实的技术保障。7.2. 项目主要参加人员情况项目负责人：郭振勇参加人员及分工

23、如下表：表7-1 项目参加人员及分工表序号姓名职 称项目职务所在单位项目中分工1郭振勇助工副总工长江宜昌航道工程局项目总负责，技术研究与总结2李可尧高工项目经理长江宜昌航道工程局协调，长步距研究3张 龙工程师副经理长江宜昌航道工程局技术研究，典型试验4徐宏义工程师副经理长江宜昌航道工程局推填堤身断面研究5杨巧云助工主 管长江宜昌航道工程局资料收集与整理6卢 鹏助工工程主管长江宜昌航道工程局技术研究，现场实施7雷陆飞助工合同主管长江宜昌航道工程局水文及地质资料分析8季锦荣助工质量主管长江宜昌航道工程局质量检测，数据统计9陈晓明工程师安全主管长江宜昌航道工程局安全监督，设备材料管理8. 研究经费预

24、算及资金筹措情况8.1. 项目总经费和年度预算经费表8-1 项目总经费估算表 金额单位：万元经费来源预算经费支出预算科 目预算费科 目总经费局拨经费来源预算合计220.0支出预算合计220.050.0一、拨款50.0一、相关业务费45.045.0二、贷款/1、人员劳务费18.018.0三、地方配套/2、调研费5.05.0四、单位自筹170.03、试验费20.020.0五、其它来源/4、会议费2.02.0二、现场实施费155.05.01、材料费100.00.02、设备租赁费40.00.03、燃料及动力费10.03.04、资料费5.02.0三、其他费用20.00.01、管理费10.00.02、其他

25、费用10.00.08.2. 资金筹措及拨款计划本研究项目以赣榆县滨海新城围海造陆工程施工项目为依托，研究经费主要以单位自筹和局拨款为主。研究经费预算为220万元，其中自筹经费170万元，申请局拨款50万元。项目部成立研究资金专用账户，保证自筹资金及时到位，并确保研究资金专款专用。并计划2012年度5月申请局拨款30万，2012年度10月申请局拨款20万元。9. 项目预期目标及经济、社会效益评估9.1. 预期成果超长步距爆破挤淤施工工艺研究报告9.2. 预期目标通过本次技术研究，为实施超长步距爆破挤淤工程提供理论依据，并结合工程实体，将单炮爆破步距由47m提高到915m，并形成一套超长步距爆破挤淤筑堤施工的技术体系。9.3. 经济、社会效益目前，爆破挤淤施工工艺在工程建设中应用的非常广泛，通过本次研究，缩短施工工期，降低工程成本，减小爆破高危险作业带来的安全风险，科学研究成果及时转化为现实生产力，为超长步距爆破挤淤施工提供了基础资料和技术支持，积累了丰富的施工经验，提高爆破挤淤筑堤的施工效率，推动了超长步距爆破挤淤技术创新与技术进步，进一步提高我局的行业竞争力，同时也为国民经济发展做出重要贡献。附表1 编 写 人 员 名 单序号姓 名单 位职 务职 称专 业1郭振勇长江宜昌航道工程局科员助工港口航道与海岸工程附表2编写单位意见（公 章）负责人（签字）：年 月 日