如何填石筑堤并应对挤淤问题？

（1）基本原理。填石筑堤爆破挤淤施工中，采用爆炸法置换筑堤堆石的水下淤泥软基，在抛石堤头前沿淤泥层内布置药包，利用爆炸产生的高压气体，空腔气体膨胀推动周围的淤泥介质运动，将淤泥向四周挤出形成空腔，同时堆石体在爆炸振动和荷载重力作用下向淤泥空腔内下滑，填充空间，瞬间实现泥石置换。继续填石时，抛石体将石舌上部的淤泥进一步挤出并与下部持力层相连，形成完整的抛填体。抛填围堤单循环长度和厚度决定了该方法施工中每次爆破的长度以及能够置换的淤泥厚度。填石爆炸挤淤技术广泛应用于重力式防浪堤、护岸、围堰、滑道等水工工程的基础处理。一般适用于处理深4～12m范围内的淤泥。

大厚度淤泥软基爆炸处理时，采用定向爆破滑动处理法，将土力学中的承载力和有效应力等概念引入爆炸力学中，将爆炸产生的冲击振动荷载与淤泥强度的丧失与恢复建立关系。炸药爆炸时将淤泥向四周挤压成坑，在爆炸负压与震动作用下，堤埂抛石体定向滑到爆腔中，在强大爆炸压力作用下将深层淤泥扰动，并造成淤泥强度降低，形成深层淤泥沿轴线定向滑移的条件，爆炸后随着堤头抛填石料自重荷载的加大，被爆炸扰动的深层淤泥的剪应力超过其抗剪强度时，堤埂抛石体沿滑移线朝轴线方向定向滑移下沉，实现深层淤泥的泥石置换。采用定向爆破滑动处理法置换的淤泥厚度可超过30m。

填石爆破挤淤法与其他软基处理方法相比，具有鲜明的特点，该方法的优点为：①爆破填石挤淤处理软基有一套完整的陆上施工工艺，施工速度快，既能保证水上作业的简便，又能确保施工期的安全；②将爆破装药机具由水上作业改为陆上装药作业，不仅提高了装药作业速度，而且不受风浪的影响，提高了装药速度；③采用填石爆破挤淤法，经爆破处理后的抛石堤身密度高，后期沉降量小，可降低筑坝石料块度及强度要求；④爆破填石挤淤法适应范围广，可处理不同厚度、不同性质的各类淤泥质软地基。

爆炸挤淤处理软基技术在工程中应用时，需要进行理论分析和必要的试验研究，形成配套施工工艺。研制一套适合堤埂填筑施工过程的堤头布药装置，一套安全的起爆网路，简便的水上作业程序，保证装药过程中药包的安全。填筑工艺、装药工艺及机具、爆破网路、检测方法都应在试验堤埂中进行验证试验后应用。堤埂填筑完成后，采用钻孔和物探的方法来检查爆炸处理淤泥软基的落底深度，检验爆炸处理软基的工程效果。

（2）装药计算。

1）常规装药量计算公式：填石爆破挤淤的线布药量和装药量按式（5-44）计算。

线药量：

式中　——线布药量，即单位布药长度上分布的药量，kg/m；

　　　q0——炸药单耗，即爆除单位体积淤泥所需的药量，kg/m，q0按表5-26选取，表中Hs为泥面以上的填石厚度，m；

　　　LH——填石爆破挤淤一次推进的水平距离，m；

　　　Hmw——计入覆盖水深的折算淤泥厚度，按式（5-45）计算，m。

式中　Hm——置换淤泥厚度包含淤泥包隆起高度，m；

　　　γw——水重度，kN/m3；

　　　γm——淤泥重度，kN/m3；

　　　Hw——覆盖水深，即泥面以上的水深，m。

表5-26　爆淤炸药单耗q0表

一次爆破填石排淤炸药量，按式（5-46）计算：

式中　Q——一次爆破填石挤淤药量，kg；

　　　LL——爆破填石挤淤的一次布药长度，m。

挤淤爆破时，通常沿布药长度方向均匀布设集中药包，药包药量按式（5-47）计算：

式中　Q1——药包药量，kg；

　　　m——一次布药孔数；按式（5-48）计算。

式中　a——药包间距，m。

2）改进的计算公式：根据工程实例统计分析，可按式（5-49）进行药量计算，此式比常规公式药量有所减小，已在工程中广泛采用。

式中　Q——一次爆破药量，kg；

　　　q0——爆除单位体积淤泥的耗药量，kg/m3；

　　　LH——一次爆破推填的水平距离，m；

　　　Hm——转换淤泥层厚度，包含淤泥包隆起高度，m；

　　　LL——布药线长度，m。

影响填石爆破挤淤单位体积淤泥耗药量系数q0的因素包括淤泥的物理力学指标、淤泥层厚度、覆盖水深、堤身断面形式等。将需要转换的软基的物理力学性质按照爆破填石挤淤的难易程度可分为Ⅰ类软基和Ⅱ类软基，药量计算时选用不同耗药量系数q0值。其中Ⅰ类软基为含水量在55%以上的淤泥，其余为Ⅱ类软基，包括淤泥质土、淤泥质粉质黏土、上部砂层下部为淤泥等其他复杂软基。淤泥层厚度Hm与泥面以上填石厚度Hs的比值是影响炸药单耗的重要因素之一，药量计算时可参照Hm/Hs≤1.0和Hm/Hs＞1.0两类。在计算药量时通常需要计入淤泥包隆起的高度，但不计入覆盖水深的折算厚度。各种条件下爆破填石挤淤炸药单耗q0见表5-27。

表5-27　各种条件下爆破填石挤淤炸药单耗q0表　单位：kg/m3

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药量计算式中一次爆破抛填的水平距离LH通常被称为“堤头抛填进尺”，根据水深与淤泥厚等条件、装药工艺及施工工期要求，堤头抛填进尺控制一般为5.0～7.0m。布药线长度LL根据设计断面落底宽度及堤身下部抛石实际宽度确定。

单药包重量根据淤泥厚度及其物理力学指标确定，通常为20～40kg。淤泥厚度大时取大值，反之取小值。药包个数由一次起爆药量除以单药包重量确定。

3）药包间距及埋深。药包间距为相邻两个药包之间的水平距离，根据布药长度及药包个数确定，按式（5-50）计算：

式中　m——药包个数（一次布药包个数）；

　　　LL——布药线长度，m；

　　　a——药包间距，m。

药包间距宜为2.0～3.0m，超过此范围时应调整单药包重量，相应增减药包个数，使药包间距满足要求。

计算药包埋深时不仅要计入淤泥的隆起高度，还应计入覆盖水深的折算淤泥厚度。药包埋深通常为折算后淤泥总厚度的1/2。折算淤泥厚度，按式（5-51）计算：

式中　Hmw——计入覆盖水深的折算淤泥厚度，m；

　　　Hm——置换淤泥层厚度，包含淤泥包隆起高度，m；

　　　Hw——覆盖水深，即泥面以上的水深，m；

　　　γw——水重度，kN/m3；

　　　γm——淤泥重度，kN/m3。

覆盖水层有利于炸药能量的充分利用，覆盖水越深，药包埋入淤泥内的深度越浅，当覆盖水足够深时（水深大于泥厚的1.6倍），药包可以放置在堤头前沿泥石交界面的淤泥表面。

（3）施工。

1）施工工艺。爆破填石挤淤筑堤施工工艺流程见图5-10。

2）石料抛填与堤头爆填。为了保证堤身达到设计断面的深度和宽度，抛填的石方总量应不少于设计方量。在抛填高程和每炮推进量基本确定的前提下，堤头抛填宽度成为调节上堤方量的主要参数。通常根据堤身设计断面宽度、落底宽度、堤顶宽度，以及堤身内外侧坡比等参数来确定抛填宽度。抛填高程的确定原则是高潮位时堤身不上水，堤头3m范围内的抛填应比其他部位高1～1.5m，有利于堤头爆填时岩石落底。端部推进时应先设立堤轴线和两侧抛填边线标记。为了解堤轴线附近水深地形变化，施工前还需进行水深地形复测，然后按两侧边沿线标记和进尺抛填。进尺、宽度及高程满足要求后进行装药作业。装药作业结束后，机械设备、人员撤场，警戒起爆。爆后经现场安全人员检查无误后，堤头爆填一次循环完成。

3）侧爆与爆夯。堤头爆破填筑延伸一定长度后，可以对堤身内外侧进行侧向爆破填筑，用于加宽堤身和整形。在堤头爆破填筑和堤身加宽爆破的多次作用下，堤身下部残留淤泥再次被挤出，使筑堤石料落到持力层上。通常情况下海堤内外侧落底宽度不同，宽度大的一侧侧向爆破填筑需要进行2～3次，施工方法与堤头爆破填筑相同。侧向爆破填筑可在堤头爆破填筑至50～100m后进行，以30～60m为一段。坡脚爆夯是使堤内外侧堤肩及坡脚稳定的必要步骤，通过坡脚爆破夯实处理，可起到密实加固的效果。爆夯时将药包置于水下已填筑的堆石体上或有一定的悬高，在爆炸载荷作用下，抛石体石块之间错位，孔隙率减少，实现侧向挤淤和堆石体夯实。爆夯时一般采用等距离线型布置药包方式，在有一定深度覆盖水的条件下起爆。

4）装药。常规装药方式可采用履带式挖掘机直插式装药机（见图5-11）。可用普通长臂挖掘机改装，实现陆上装药，不受风浪影响，安全快速，适用于4～20m厚度淤泥。采用液压式装药机，该装药机由装药器、卡管器、空心钻杆、油马达、液压连接器、推进油缸、主机等组成。装药时装药器的钻杆在油压卡盘内上、下移动，装药器设置底开门装置，装药机行至布药位置水平旋转大臂到达装药孔位后，向下旋转到淤泥中，通过装药机上的深度控制标尺控制药包埋设深度，达到设计深度后，打开装药器底门安置炸药，提起长臂进行下一次装药作业。

装药时，首先在堤头人工把药包送到装药器内，关好装药器门仓，理顺起爆网路线。机械手操作装药机在堤头指定位置将药包压入淤泥中。装药器脱钩，收缩加长臂打开装药器仓门，药包在配重的带动下自动脱落到淤泥中。也可采用吊架式装药装置、振冲式装药装置或由布药船装药。

水下爆破宜选用乳化炸药和硝铵类炸药，硝铵类炸药必须作防水处理。采用有一定抗拉强度的塑料编织袋包装炸药，将称好的炸药装入编织袋内，用导爆索和一条炸药做成起爆体，置于炸药中部，用绳索将炸药和配重块捆绑牢靠，配重块可由混凝土制作。

起爆器材宜采用同厂、同批号的并联瞬发或延期电雷管，起爆网路可以采用导爆索网路、导爆管网路或两者的混合网路，在埋入药包之前，首先将导爆索加工成起爆体放入药包中，将导爆索或导爆管引出水面，构成导爆索网路或导爆管网路。可采用双向复式起爆网路提高网路的可靠性。起爆网路见图5-12。

图5-10　爆破填石挤淤筑堤施工工艺流程图

图5-11　履带式挖掘机直插式装药机（单位：m）

1—炸药存储器；2—卡管器；3—空心钻杆；4—卡管器；5—油马达；6—液压锤接器；7—推进油缸

图5-12　起爆网路示意图

5）合龙口处理。围堰、护岸等封闭式围堤爆破填石挤淤施工的合龙口需要特殊处理。合龙处淤泥包隆起较高、淤泥排出通道不畅，且堤身经历的振动次数较少，会造成落底不足。通常合龙段长度控制在50m左右。首先在合龙口处填筑一条窄的子堤将堤身封闭。然后在子堤堤身内侧和外侧同时进行爆填处理，爆后补抛填并加宽，再次爆填，直至达到设计宽度。合龙段抛填石料要保证质量，宜采用较大粒径石料。

（4）质量监测。爆破填石挤淤是一种多循环的施工工艺，在抛石挤淤爆破施工过程中，应进行每个循环的施工质量检测，并根据检测结果及时修正爆破参数及抛填参数，确保工程质量。质量控制在技术方面通常包括上堤石料质量控制（块度），爆破填石挤淤施工过程质量控制（测量、抛填定位、装药、起爆等），以及抛填完成后的质量检查。质量检查有钻孔、物探、体积平衡验算、沉降位移观测等方法。

质量控制标准：施工质量应符合相关规范要求，一般情况下施工过程中要求堤中心抛填进尺偏差±0.5m，宽度偏差±1.0m，高程偏差±0.5m，药包间距偏差±0.3m，药包埋深偏差±0.3m，药包重量偏差土±5%。施工期应进行爆前爆后断面测量，测定断面间距可为20m；竣工后断面测量间距为10m，堤埂顶面平坦处测点间距为5m。质量控制标准可根据工程规模、断面尺寸，以及工程的重要性专门制定。爆破处理后抛石置换落底质量检查常采用体积平衡法、钻孔探模法、探地雷达法等方法。

1）体积平衡法。该方法贯穿于爆破填石挤淤堤头爆填施过的整个过程。根据每段爆破堤埂的抛填方量记录，准确计算上堤方量，当统计方量与设计方量一致时，可总体确定堤埂抛石已下落至设计底层。堤埂爆填施工时宜进占20～30m时，进行一次体积平衡验算。

2）钻孔探模法。钻孔探模法可准确地判断抛填石体落底情况，充分揭示抛石体实际厚度，以及石料混合层厚度。钻孔提供的柱状图，能显示在抛填层与下卧层之间的泥石混合层厚度。钻孔按横断面布置，所取断面轴向间距宜为100～500m，不少于3个断面，每个断面钻孔1～3个。钻孔应深入下卧层2m，并取出底层试样进行土工试验，以判明土层的物理力学指标，钻孔检测成果可以作为下一步调整抛填及爆破参数的依据。

3）探地雷达法。探地雷达法利用高频电磁波在不同土质中入射和出射的差异性，探明地质分类和抛石分层厚度。可沿堤埂的横断面和纵断面检测堤埂抛石落底情况，简便易行，检测面广，适用于检查工作量大的工程，但需要有钻孔资料进行比较修正。

当落底深度和宽度不满足设计要求时，应对未施工段的爆破参数进行调整，可采取减少进尺、加大单药包重量和爆破总药量等方法。对已完成爆破的堤段，由于堤头已不具备爆破装药条件，只能通过侧爆进行加强补救，使堤身在爆破振动的作用下逐渐下沉和密实。仍不满足要求时，提请设计单位对局部断面进行修改。