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摘要：为了解决饱和粉砂土抗冲能力弱、石坝坝头冲刷坑刷深严重的难题，我们尝试通过在石坝抛筑前对露滩粉砂土进行提前爆破，使粉砂土层液化产生超静水孔隙水压力并排水密实，进而降低石坝坝头冲刷坑的深度，节省单位长度耗石量，从而加快抛坝速度使坝头冲刷坑变浅。
关键词：爆破密实粉砂土坝基试验
中图分类号：C33文献标识码：A 文章编号：
一．基本情况：
绍兴县口门治江围涂工程位于钱塘江尖山河段南岸。规划围涂面积1.1万亩，总投资3.09亿元。整个工程分为中东片围涂工程、西片围涂工程和标准海塘工程三部分。其中一期工程中东片围涂工程围涂面积6750亩。由于工程实施面临滩涂低、潮差大、涌潮凶等不利的自然条件，施工采取强抛促淤、低滩抢围、分片实施的围涂策略。为解决饱和粉砂土抗冲能力弱、石坝坝头冲刷坑刷深严重的难题，我们尝试通过在石坝抛筑前对露滩粉砂土进行提前爆破，使粉砂土层液化产生超静水孔隙水压力并排水密实，进而降低石坝坝头冲刷坑的深度，节省单位长度耗石量，从而加快抛坝速度。
二．试验进程和做法
试验进程分小药量密实粉砂土试验和坝基中间试验。
1．粉砂土密实试验。在中东坝（丁坝）850m处西侧，埋药孔深3.0m，间距3.5m×3.5m，每孔用岩石乳化炸药2.1公斤，于11月3日，11月4日，分二天进行爆破（6孔、27孔），分别采取水上滩地爆破和水下爆破（6孔，待涨潮后起爆），并进行了爆破前后滩地密实度、干容重、含水量试验。（见表一）和滩地置石抗冲试验。
2．180m坝基中间试验。
爆破参数选择：
根据石坝坝基防冲及今后标准海塘防冲板桩施工实际，试验选择爆破震密宽度为42m左右，单孔装药量经计算选用9kg，单个药包震密粉砂土有效半径为3.5m。初选药包间距为7m×7m。中间加密爆一次，后根据实际，最后一次单爆（不加密）间距选为6m×6m。
孔网布置：
孔间距与排间距均为7m，每个孔网面积为49m2，计划实施200m，共需钻孔314个。其中，第一次起爆29排，每排6孔，共174个炮孔。第二次加密起爆28排，每排5孔，共140个炮孔。
实施时间和爆孔数量：
实施时间为11月26日、27日、28日、29日。总爆破孔数312孔。其中，26日爆48孔，27日爆72孔，28日爆90孔，29日爆112孔。实际爆破比计划长度缩短20m，孔数少2孔。调整原因系根据爆破实际所作调整。
药包加工：
药包采用内径90mm硬质高压PVC管作为外壳，底部设5公斤铁砂配重，中间装炸药，每孔用4个微差起爆雷管连接炸药，并用导爆索外引。
钻孔及安放：
钻孔采用水枪造孔法，钻孔直经约15cm。每个孔造孔时间约0.5min，二次起爆孔造孔时间平均约为1min。钻孔完成后用专用定位杆将装药管送入4.5m深处，用砂土堵塞炮孔。
爆破网路连接和起爆：
爆破网路根据爆破设计起爆间隔实行差时起爆和分排孔起爆以充分扰动坝基粉砂，增加排水固结效果。起爆前发出爆破警戒信号，并清理现场，同时，点火爆破。
排水固结：
滩面起爆后5min，滩地开始出现冒水孔。冒水孔分布较均匀，
数量大约与爆孔数相同，滩地排水前25min左右冒混水，后冒清水，每孔出水量较大，约相当于1英寸自来水水管冒水量。同时，整个滩面约下沉20至30cm。经过约20小时排水后，地基土固结完成。
爆破施工桩号：
经与抛石坝施工记录对照，爆破起始桩号为中东坝向东0+350，终端桩号为0+543.5，实际施工长度193.5m。
成本
每孔材料计费及人工费计215.5元，设计费、施工管理费等71.5元，合计每孔287.06元。检测费3200元，船费1200元，总耗资9.396万元。
三．试验结果
爆破降低冲刷坑深度原型测试：
从11月21日至12月12日，我们选择爆破前后坝头出现冲刷坑状况进行比较分析，并列出爆破前后两次潮汛坝头冲刷坑深及耗石量，潮位统计表，见表二。从表中可以看出：①坝头冲刷坑发生在大潮汛最后一次高潮位时；②爆破冲刷坑发生时潮位5.31m，比爆前冲刷坑发生时潮位高0.27m。③爆前冲刷坑发生时，中东坝向东坝长272m。而爆后冲刷坑发生时，中东坝向东坝长已达506m，相应坝头绕流潮量较第一次增大。④以受冲刷影响最大的2-3天平均断面耗石量计算，爆前冲刷坑11月23日~25日三日耗石量7231.4 m3，伸长30m，单位耗石量241.05 m3/m，坑底深度为-5.33m，坑底与地面相对高差为6.33m。
爆后冲刷坑12月10日和11日两天石量3479.5 m3，伸长21m，单位耗石量165.69 m3/m。坑底深度为-2.78m，坑底与地面相对高差-2.78m，两者坑深相差2.52m，每m节省石方75.36 m3，折算成本节省3014.4元/m。
如以100 m3/m为无冲刷坑消耗，则第一次冲刷坑与第二次冲刷坑比较，超过100 m3/m耗石量，第一次冲刷坑共有9天，超过正常值9325.94 m3。而第二次冲刷坑超过100 m3/m耗石量只有2天，超过正常值1379.49 m3，两者相差7946.45 m3。节省的石方相当于可多抛长石坝80m。
静力触探试验结果：
根据浙江省绍兴综合工程勘察院提供的绍兴县九七丘二期围垦围堤工程粉土爆炸密实试验效果说明：爆炸后各土层锥尖阻力值最小提高到爆炸前的1.29倍，最大为爆炸前的1.62倍，地基土承载力有了较大提高。密实度爆炸前为稍密的Ⅰ、Ⅲ土层，爆炸后达到中密。爆炸前中密的Ⅱ、Ⅳ土层，爆炸后达到密实，分别提高了一个等级，试验具有一定效果。详见爆炸前后静力触探结果分析表（表三）
表层土体干容重及含水量测定结果：
表一列出了两次爆破试验前后表层0.2-0.7m深度范围内土体干密度及含水量变化值，从中可以看出：表层土体干密度爆破后平均达到1.53。比爆破前平均提高0.0425。含水量爆破后平均降低3.575%，降至30%及以下。效果是明显的。同时，由于第二次爆破埋药深度为4.5m，而第一次为3.0m，对表层土体密实度的提高，第一次明显比第二次好，而药量则第二次大于第一次。表明对表层土体的震密效果，埋药孔浅而密优于埋药孔深而疏，反映了土体震密效果与爆破位置的关系。离埋药点越近，则效果越好。
爆前爆后块石抗冲观察结果：
第一次爆破试验后，11月5日上午，为证实爆破密实土体对粉砂土抗冲流速提高的作用，我们在爆破震密区和离开15m的非爆破区滩地分别放置两块约100kg重，形状基本相同的块石。11月10日下午检查，发现爆破震密区块石下沉约20cm，块石周边水坑深8cm，块石周边水体宽10-12cm，石料露滩面约20cm，位置未变动。而非爆破区块石下沉约50cm，其中，滩地整体剥低约20cm，块石周边水坑较大，坑水深28cm，块石周边水体宽45cm，石料露滩面约5-10cm，位置向南移动约1m。
从第一次爆破爆前爆后块石抗冲观察结果看，爆后滩地抗冲和防块石下沉能力明显提高，且土层整体密实，与未爆区滩地软硬土层层状分布，硬土层走失则软土层很快剥蚀，两者抗冲刷能力明显不同，爆破震密粉砂对滩地整体防冲能力提高，效果是明显的。
四．结论及建议
1．综上所述，在石坝抛筑前滩地进行爆夯使坝基粉砂土液化并迅速排水固结，效果是明显的。特别是表层土体干密度达到1.50g/cm3以上，含水量降至30%以下，显著提高了表层土体的抗冲刷能力。同时，表层以下土体通过排水固结，改善了地基土性能，提高了承载能力。通过中东坝以东坝基爆破中间试验，证实坝前冲刷坑明显变浅，因而具有很好的降低石方消耗的作用。
2．绍兴县口门治江围涂滩涂低、潮差大，加快抛坝进度非常关键，除加大上方强度外，通过爆破震密坝基降低冲刷坑深度以及配合土工编织袋护底等措施，减少单位断面耗石量，不失为一种有效手段。
3．从初步试验可以看出，爆炸物的位置对于各土层的震密效果关系较大，爆炸物周围土体震密效果较好。同时，炸药埋深仅为4.5m，而粉砂层密实影响深度达13.5m以上，说明该方法可用于处理饱和粉砂的地基，显著降低粉砂土含水量，提高地基强度。
建议在钱塘江沿岸建造水闸、促淤保滩等工程中作进一步试验，并在实践中解决水下爆破施工问题，使这一成果较快予以推廣，发挥其科技转化为现实生产力的作用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：爆破密实粉砂土坝基试验
中图分类号：C33文献标识码：A 文章编号：
一．基本情况：
绍兴县口门治江围涂工程位于钱塘江尖山河段南岸。规划围涂面积1.1万亩，总投资3.09亿元。整个工程分为中东片围涂工程、西片围涂工程和标准海塘工程三部分。其中一期工程中东片围涂工程围涂面积6750亩。由于工程实施面临滩涂低、潮差大、涌潮凶等不利的自然条件，施工采取强抛促淤、低滩抢围、分片实施的围涂策略。为解决饱和粉砂土抗冲能力弱、石坝坝头冲刷坑刷深严重的难题，我们尝试通过在石坝抛筑前对露滩粉砂土进行提前爆破，使粉砂土层液化产生超静水孔隙水压力并排水密实，进而降低石坝坝头冲刷坑的深度，节省单位长度耗石量，从而加快抛坝速度。
二．试验进程和做法
试验进程分小药量密实粉砂土试验和坝基中间试验。
1．粉砂土密实试验。在中东坝（丁坝）850m处西侧，埋药孔深3.0m，间距3.5m×3.5m，每孔用岩石乳化炸药2.1公斤，于11月3日，11月4日，分二天进行爆破（6孔、27孔），分别采取水上滩地爆破和水下爆破（6孔，待涨潮后起爆），并进行了爆破前后滩地密实度、干容重、含水量试验。（见表一）和滩地置石抗冲试验。
2．180m坝基中间试验。
爆破参数选择：
根据石坝坝基防冲及今后标准海塘防冲板桩施工实际，试验选择爆破震密宽度为42m左右，单孔装药量经计算选用9kg，单个药包震密粉砂土有效半径为3.5m。初选药包间距为7m×7m。中间加密爆一次，后根据实际，最后一次单爆（不加密）间距选为6m×6m。
孔网布置：
孔间距与排间距均为7m，每个孔网面积为49m2，计划实施200m，共需钻孔314个。其中，第一次起爆29排，每排6孔，共174个炮孔。第二次加密起爆28排，每排5孔，共140个炮孔。
实施时间和爆孔数量：
实施时间为11月26日、27日、28日、29日。总爆破孔数312孔。其中，26日爆48孔，27日爆72孔，28日爆90孔，29日爆112孔。实际爆破比计划长度缩短20m，孔数少2孔。调整原因系根据爆破实际所作调整。
药包加工：
药包采用内径90mm硬质高压PVC管作为外壳，底部设5公斤铁砂配重，中间装炸药，每孔用4个微差起爆雷管连接炸药，并用导爆索外引。
钻孔及安放：
钻孔采用水枪造孔法，钻孔直经约15cm。每个孔造孔时间约0.5min，二次起爆孔造孔时间平均约为1min。钻孔完成后用专用定位杆将装药管送入4.5m深处，用砂土堵塞炮孔。
爆破网路连接和起爆：
爆破网路根据爆破设计起爆间隔实行差时起爆和分排孔起爆以充分扰动坝基粉砂，增加排水固结效果。起爆前发出爆破警戒信号，并清理现场，同时，点火爆破。
排水固结：
滩面起爆后5min，滩地开始出现冒水孔。冒水孔分布较均匀，
数量大约与爆孔数相同，滩地排水前25min左右冒混水，后冒清水，每孔出水量较大，约相当于1英寸自来水水管冒水量。同时，整个滩面约下沉20至30cm。经过约20小时排水后，地基土固结完成。
爆破施工桩号：
经与抛石坝施工记录对照，爆破起始桩号为中东坝向东0+350，终端桩号为0+543.5，实际施工长度193.5m。
成本
每孔材料计费及人工费计215.5元，设计费、施工管理费等71.5元，合计每孔287.06元。检测费3200元，船费1200元，总耗资9.396万元。
三．试验结果
爆破降低冲刷坑深度原型测试：
从11月21日至12月12日，我们选择爆破前后坝头出现冲刷坑状况进行比较分析，并列出爆破前后两次潮汛坝头冲刷坑深及耗石量，潮位统计表，见表二。从表中可以看出：①坝头冲刷坑发生在大潮汛最后一次高潮位时；②爆破冲刷坑发生时潮位5.31m，比爆前冲刷坑发生时潮位高0.27m。③爆前冲刷坑发生时，中东坝向东坝长272m。而爆后冲刷坑发生时，中东坝向东坝长已达506m，相应坝头绕流潮量较第一次增大。④以受冲刷影响最大的2-3天平均断面耗石量计算，爆前冲刷坑11月23日~25日三日耗石量7231.4 m3，伸长30m，单位耗石量241.05 m3/m，坑底深度为-5.33m，坑底与地面相对高差为6.33m。
爆后冲刷坑12月10日和11日两天石量3479.5 m3，伸长21m，单位耗石量165.69 m3/m。坑底深度为-2.78m，坑底与地面相对高差-2.78m，两者坑深相差2.52m，每m节省石方75.36 m3，折算成本节省3014.4元/m。
如以100 m3/m为无冲刷坑消耗，则第一次冲刷坑与第二次冲刷坑比较，超过100 m3/m耗石量，第一次冲刷坑共有9天，超过正常值9325.94 m3。而第二次冲刷坑超过100 m3/m耗石量只有2天，超过正常值1379.49 m3，两者相差7946.45 m3。节省的石方相当于可多抛长石坝80m。
静力触探试验结果：
根据浙江省绍兴综合工程勘察院提供的绍兴县九七丘二期围垦围堤工程粉土爆炸密实试验效果说明：爆炸后各土层锥尖阻力值最小提高到爆炸前的1.29倍，最大为爆炸前的1.62倍，地基土承载力有了较大提高。密实度爆炸前为稍密的Ⅰ、Ⅲ土层，爆炸后达到中密。爆炸前中密的Ⅱ、Ⅳ土层，爆炸后达到密实，分别提高了一个等级，试验具有一定效果。详见爆炸前后静力触探结果分析表（表三）
表层土体干容重及含水量测定结果：
表一列出了两次爆破试验前后表层0.2-0.7m深度范围内土体干密度及含水量变化值，从中可以看出：表层土体干密度爆破后平均达到1.53。比爆破前平均提高0.0425。含水量爆破后平均降低3.575%，降至30%及以下。效果是明显的。同时，由于第二次爆破埋药深度为4.5m，而第一次为3.0m，对表层土体密实度的提高，第一次明显比第二次好，而药量则第二次大于第一次。表明对表层土体的震密效果，埋药孔浅而密优于埋药孔深而疏，反映了土体震密效果与爆破位置的关系。离埋药点越近，则效果越好。
爆前爆后块石抗冲观察结果：
第一次爆破试验后，11月5日上午，为证实爆破密实土体对粉砂土抗冲流速提高的作用，我们在爆破震密区和离开15m的非爆破区滩地分别放置两块约100kg重，形状基本相同的块石。11月10日下午检查，发现爆破震密区块石下沉约20cm，块石周边水坑深8cm，块石周边水体宽10-12cm，石料露滩面约20cm，位置未变动。而非爆破区块石下沉约50cm，其中，滩地整体剥低约20cm，块石周边水坑较大，坑水深28cm，块石周边水体宽45cm，石料露滩面约5-10cm，位置向南移动约1m。
从第一次爆破爆前爆后块石抗冲观察结果看，爆后滩地抗冲和防块石下沉能力明显提高，且土层整体密实，与未爆区滩地软硬土层层状分布，硬土层走失则软土层很快剥蚀，两者抗冲刷能力明显不同，爆破震密粉砂对滩地整体防冲能力提高，效果是明显的。
四．结论及建议
1．综上所述，在石坝抛筑前滩地进行爆夯使坝基粉砂土液化并迅速排水固结，效果是明显的。特别是表层土体干密度达到1.50g/cm3以上，含水量降至30%以下，显著提高了表层土体的抗冲刷能力。同时，表层以下土体通过排水固结，改善了地基土性能，提高了承载能力。通过中东坝以东坝基爆破中间试验，证实坝前冲刷坑明显变浅，因而具有很好的降低石方消耗的作用。
2．绍兴县口门治江围涂滩涂低、潮差大，加快抛坝进度非常关键，除加大上方强度外，通过爆破震密坝基降低冲刷坑深度以及配合土工编织袋护底等措施，减少单位断面耗石量，不失为一种有效手段。
3．从初步试验可以看出，爆炸物的位置对于各土层的震密效果关系较大，爆炸物周围土体震密效果较好。同时，炸药埋深仅为4.5m，而粉砂层密实影响深度达13.5m以上，说明该方法可用于处理饱和粉砂的地基，显著降低粉砂土含水量，提高地基强度。
建议在钱塘江沿岸建造水闸、促淤保滩等工程中作进一步试验，并在实践中解决水下爆破施工问题，使这一成果较快予以推廣，发挥其科技转化为现实生产力的作用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。