对爆炸排淤填石法新技术的

对爆炸排淤填石法新技术的探讨摘要：本文对爆炸法处理水下软弱地基技术机理研究进行了综述，概述了其基本原理,并与其它软基处理方法进行比较。对该技术在工程应用中存在的问题进行分析与探讨,为其进一步合理应用提供理论依据和可行的解决方法。关键词：爆炸排淤填石淤泥软基置换深度TheDiscussofBlastingCompactionMethodforFillingStone2ShanDongUniversityofScienceandTechnology,Tai’anofShanDongprovince,271019)abstract:Themechanismtocontrolunderwatersoftfoundationwithblastingmethodisintroducedinthisparticle.Itsmeritsandpresentproblemareanalysedatthesametimetoprovidetheorybasesandfeasiblesolvemethods.keyword:blastingcompactionmethodforfillingstone;siltsoftfoundation;permutationdepth.爆炸排淤填石法是国内20世纪80年代研究成功的一项新技术。它利用炸药爆破释放的能量达到改良软基的目的，适用于抛石码头基床、防波堤、引堤、围堰、护岸、滑道等水工工程。从20世纪后期起国内外已开展过爆炸法处理软弱地基技术研究，并取得一些有意义的成果;同时该技术广泛应用到实践中,该技术已经应用于40多条防波堤、护岸和围堰工程施工中，并取得了很好的社会效益和经济效益.该技术与其它施工法相比，具有施工简便、人力消耗少、投资省、工期短、见效快及地基后期沉降小等特点，因而值得大力推广应用。1对于淤泥的特性的研究淤泥是爆炸排淤填石法中的主要作用对象,掌握它的性质对于研究该方法的作用机理是非常重要的.我国沿海很多港口都是由多年沉积淤泥构成的软土地基.淤泥是一种颗粒很细的饱和土,含水量在60%-80%,渗透性差,密度为1.5-1.69g/cm,土力学常规试验表明:淤泥的摩擦角6-12,内聚力C=0.03-0.2kg/cm,所以承载能力差.由于淤泥这种介质的特殊性，使得淤泥中的爆破变得极为复杂，它的动力特性也会在爆炸荷载的作用下发生改变。尽管实践中已有了较多应用,但在理论上却未见有系统深入的研究成果。目前，淤泥的本构关系还没有一个确定的定论，随着对淤泥流变特性的认识的加深，认为是粘弹塑性体。在通常情况下，淤泥表现出某些固体的性质；当在高压荷载或高速变形时，其性质就会发生很大的变化,此时淤泥的粘性力与应变速率大致成幂律关系[2,4,11]。文献[1，2]指出“由于淤泥的强度很低,和爆炸荷载相比,淤泥的强度失去意义,其粘滞力可能起重要作用,表现出幂律流体的性质，故将该淤泥描述为粘性流体”.试验[3]也发现“淤泥中的声速为1550m／s”，略高于水中声速.故在爆炸荷载作用下的淤泥,目前基本上把它看作是粘性流体。在数值计算方面,也出现了淤泥的有限元模型.乔继延等[10]利用ANSYS-LSDYNA动态有限元分析程序对淤泥中爆破进行了数值模拟，认为：在形成爆炸空腔的高应变率阶段，淤泥表现为理想不可压缩流体的性质；在小药量小抵抗线条件下，甚至在淤泥自重作用下的较低应变率变形阶段，其黏性效应也可以忽略不计。淤泥的本构模型为：淤泥的粘塑性变形呈现Bingham体[4,5]特点实际计算中则借鉴文献[6]的处理办法：暂不考虑粘性力，假定淤泥仅为弹塑性变形,可用Prandtl−Reuss模型描述：职佛哥危月搜计算结果同实气验结果相比芹较狮,澡表明采用棕Prandt腹l勇−棋Reuss穿模型是可行的阶。救由于淤泥本身店物理性质和力江学性质的特殊摧性，淤泥中的矮爆炸同在土或突着岩石中的爆腐炸有根本的区剥别：感淤泥在爆炸作将用下是一种连闯续介质的宏观洗破坏烘[1]完，因为在其爆贺炸空腔内不产靠生空腔裂凉缝株,梅就使得淤泥一庄直能够保持连种续延,沉即使破坏也成婆块状抛掷和回况落。而且在爆妖炸力作用下，哥淤泥会产生一约种弱化效应斑[17]懂。而且，趣人们通常看不余到冲击波到达响岩土表面后产谢生的覆“督毛刺郑”你现象，主要是行因为冲击波在悉岩土中衰减速壁度较快以及岩逐土的抗拉强度子远大于水和淤尺泥。山尽管对于淤泥梁的本构关系目优前基本上达成搂共识，但如何脚给出淤泥的破牧坏条件，这是辜我们还没有解滴决的问题。当偶然这个问题比颠较复杂，淤泥衣的破坏机制至矛少包括以下几成方面砌：意1骄)牧冲击波反射所刷形成的拉伸波父，在淤泥表面犹拉出泥片导致丛淤泥破裂汇；艰“史淤泥本身对大蕉变形的容许不导是无限度的，辆变形发展到一环定程度会发生赵断裂或破健坏桐”匹[10]销；务2勤)博淤泥本身的不云均匀性也会导骑致破坏蜡；赚3惹)井由于淤泥的低蜡透水性，在爆租炸载荷的作用饼下，它的动力以特性也将发生味变化。尿2贸芝爆炸排淤填石盐法概述勺爆炸排淤填石溜法，就是在抛暂石体前方一定悼位置的淤泥中与，在一定深度磨处埋没群药包鸦，爆炸后在爆筛炸空腔压力及傅振动作用下，旧原淤泥结构解圾体，受到整体洗破坏，并利用吐其迅速平衡原差持重状况，使乐混合石块沉落推到淤泥里，向稳爆坑内坍塌，壮重新固结并改览变了原结构，茄进而持力层加洽厚承压能力提很高，达到抗滑慎目的。进行秤“缘抛基填篇—京装暗药耐—变引侮爆蜂”很的重复循环作貌业，奥在加厚的持力闭层上继续抛石组，形成完整的辽抛石体，从而延使防波堤、码耀头基床、围堤申等稳定的一种渔施工方法忧.循爆炸排淤填石沈法的技术关键深[13]肺是瞬态成坑，碰使得堆石体坍骆塌下滑到坑内弹，形成舱“掘爆炸石等舌从”示，填因吓为榜“钱石刘舌快”助是决定泥石置世换进尺量的关沟键。铺而爆炸排淤空余腔半径值又是捡形菌成春“睛爆炸石野舌模”响的关键稍[14]苏.景吴尽管在水和淤谣泥面上的爆炸何现象非常复重杂士,禽但是已有的研主究资料表掀明鞠,鼻炸药的能量主予要分配在冲击烛波的形成、气现泡脉动和爆破佩振奋动咐,炉从爆炸排淤填盘石的机理来俗讲食,熄爆破振动能量菌作用是次要的请[7]诱.坚同时大量的研股究也表基明案,挎气泡脉动半径缺值决定该方法秘的排淤空腔半暖径梅,彼也是受到炸药芹、水深和淤泥看性质等因素的饮影响。桶水中爆炸产生执的气泡空腔对量周围介质作用龙与爆炸冲击波航相比是一个长赛时间的低压作冒用过程。依据流流体力学理论缸，考虑到爆轰步产生的等熵膨黄胀过程，得到系气泡脉动规律邪的基本方程为挪：浊蓝秘喷距药包中魔心灯R痒处的压狐力爽P矿表达式微[12]鲁为：蕉完眯式尖中膊泰为气泡壁面运也动加速度；融为爆压持；摘r剧为装药半径；佣为常数，无穷纠远处水的压力演；晌、遵分别为气泡膨裹胀半径和速度富；鞠=0.4凝2普；妙=1.载5纳。槐爆炸排淤填石切法中薄爆坑的大小与渠淤泥指标、药束量和药包布设贼位置有锄关帖,苏填料滑入的多澡少与堤身高度找、填料的内摩启擦角、药包距蚁堤头距离以及不爆坑形成后淤叮泥和水的回流煮有毁关豪,腾因授而蒜“轨爆炸排淤填石牌法旷”拐瞬时置换的深委度受到一定限向制晚,阴这可能就是工垫程界一些人认萄为爆炸法处理仪软基淤泥厚度河不能超尺过托1趟2墓ｍ的原因绝[16]林。磁需要特别指出种的是，对于大墙厚度淤泥的机路理研究现在还美不成熟，目前椅的观点有：夫（张建华）建尸立在强度相似伐理论基础上的平定向滑移筑堤冻技术研究认为棵：对大厚度淤岛泥的爆炸处理壶主要是定向滑夸动，爆炸将淤绕泥向四周压缩溜成坑，在爆炸愤负压与震动作抄用下，邻近的崇抛石体定向滑嗓移至爆坑。当辽爆后抛填的时莫候，当被爆炸用强扰动的深层酬淤泥内的剪应生力超过其抗剪绢强度时，抛石炊体沿滑移线朝筛轴线方向定向栏滑移下沉，实丙现深层淤泥的降泥石置换。这戏一机理同浅淤脸泥软基的爆炸式瞬态转换的原突理是不一样的食[8]怒。3机理概述亲3.1迷填石舌产生的机饰理研究兆根据杨振声等稠人的实验正[15]渣研究表明，石敞舌的产生机理轰会因为水深、宋炸药的埋深、链淤泥的性质不朝同而有根本的钞不同，主要分色为置换作用和漆吸引作用。卫1)渗鄙置换作用：置勉换作用一般会笔发生在埋深比狐较大时候。当独药量小陆=14提0姨，，埋深大祖=0.泥7膏时，石舌的产备生并不伴有堆漆石下滑的现象旅。石块间孔隙哲被淤泥所充填述，由于粘滞力束较大，阻碍了灿石块的下滑；舍当小药量深埋遗的时候，爆破尿发展的过程较嚼长，空腔压力帆小于大气压力视，鼓包仍未破荡裂，就使得淤宪泥被压入堆石沾体。由于堆石撞体较厚，淤泥润无法穿透它，田因而在堆石中床形成高压，特阴别是当爆破空籍腔和堆石相接治近的时候，石欢体就被挤出，超形成石舌。双2)屯汇吸引作用：当交药包浅埋的时主候津=0.4-0零.希6贿，这时爆破过趴程较快，空腔骄压力较高，很设快就破裂，鼓曾包中介质的速烧度较大。鼓包森破裂后，空腔荒压力即为大气攀压力，由于爆分炸产物和被抛证出的介质的高浪速运动，因而岸形成负压。于止是在大气压力桨和运动介质的剃负压共同作用都下，堆石被拉睡出。显然这一喜过程将伴有堆皮石体的下落现猾象。旨由以上分析可挖知：对于不同讽埋深和装药的凯水下爆炸排淤闭法的作用机理秤是不一样的。数当泥深和埋深扰很大时复，兆“之置垒换融”恩起主要作用；限当药包浅埋时店，搜“材吸呀引怠”泼起主要作用。免文献驴[20]表指出：棚药包在浅水中淋爆炸，可以给猪出临界埋深。摄当药包埋深小揉于该值时，爆盆炸荷载作用于吼底板上的效果逮会明显降低。起这一点对于我典们进行爆破设际计，合理安放加炸药，充分利于用炸药能量，鸦是非常重要的殃。因为除抛石创参数和药量外勇，药包位置和植埋置深度，直院接关系到爆炸扬排淤填石法处凉理软基的稳定黑性。沙3.2加救冲击波在淤泥男中传播的规律霸高速摄影显示委，淤泥中炸药辛爆炸后，首先策在泥面上拉起垃“叉毛刺抽”际，然后有鼓包岗运动，应用爆泄炸力学及弹性较波理论解释：买在无覆盖水时例，冲击波传至掏堆石体上表面献，将反射为一显拉伸波。由于绩堆石体为散体索，拉伸波可使谁堆石体上部以鞋较大速度向上探运动以吸收冲塑击波能量，因裤而堆石体下层批石块运动很小国。当有覆盖水萝时，冲击波在恼水面反射为拉浩伸波，冲击波尿能量消耗于使各水向上运动，糠而堆石体只有壮少数石块作少播许运动，淤泥有亦如此。覆盖蒸水的深度起着伪控制堆石体上外面强动载荷的碑作用时间和炸巩药能量的有效详利用。以后在绘爆炸气体作用母下，空腔膨胀踩排淤，由于堆骆石体有很大质么量，惯性较大田，往上运动很断少，而淤泥将丸从堆石体两侧胀淤泥面推出，辅堆石体向上的据运动很快停止钱，随之下落至救空腔内，完成杨堤下爆炸挤淤稳的过程。积大量的实验数组据办[19]售也表明，地震蛙波在淤泥中的脱传播规律有它丹自己的特点，哑但大体上还是庸成指数形式衰闹减的。由于淤急泥在爆破动载倚荷的作用下，亲其动力特性发没生很大的变化敞，在此过程中邪，由于淤泥粘寿性的存在，使羊得冲击波的衰增减很快。根据戏某实验数据，眠得出冲击波的颈衰减规律大体州如诉图属1框所示：渠图骑1壮陆淤泥中爆炸的般冲击波压它力浑-密距离关系廉3.3边蜂淤泥中爆炸的吓鼓包运动的特较点派鼓包是爆炸遍排淤填石技术汽中的关键一环席。盼实验僚[1]扁证明，在鼓包屯过程中存在着德加速和减速过塞程，同时分析绑也表明，他们裕是等加速和等袖减速过程。由隔于淤泥的可压吊缩性小，鼓包谜开始的时间早丽，空腔中爆炸扩产物的剩余能棵量大，且是连胃续鼓包，因而顶爆炸产物后期技加速过程显著共。而减速则是右由于大气压力邮造成的。除此燕之外，当气泡同内的压力降到宴静水压的量级意时、鼓包不再随做加速运动，准而是做准匀速车运动。鼓包作泡匀速运动的速卸度平方与比能赛量成正比。尽一般而言，淤抢泥中爆炸的鼓辣包运动有以下仁特点之[19]休：绩1绣）爆炸空腔不弟产生裂缝，鼓厨包表面光滑，租鼓包表面质点促基本沿垂直方抗向运动，其形对状可以发展得楼很尖暑。麻2眨）在实验测量匪的范围内，鼓腔包的位移一时丛间曲线与直线深接近，表明鼓呼包运动是准匀剖速的，这也是王浅水中爆炸的税一个主要特征坐。项3膛）鼓包中可能冰存在湍流区和险层流区以及内蓬层介质顽的钱“醉回浑流阿”央现象，故鼓包博中的介质的运担动状态可能是绞很复杂的。上4避冬爆炸排淤填石连法技术优点狭爆炸排淤填石虎法可用于防波识堤、护岸、沿惯海贮灰场围堤盖、围海造地以城及沿海养殖围甩堤等水工工程僚的淤泥质软基蹲处理。通过大草量的工程类比孕我们可以发现亩，与传统的软烈基处理方法相灌比，它的优点脸是很明显的：师(1蛇)激装药与抛填工景序可同时进记行捧,泛成堤速度仅取触决于陆上抛填塔速度。受天气男因素影响去小肺,溉故施工速度大陪大提高。喷(万2轻)校全部采用陆抛悉混合石料，成携本低；眉巨(搬3)忠扁与清淤法相比屈，堤身抛石量著也可减少偿10%泪～王15%辰；处理淤泥的安宽度是常规方蒸法的倾(公1/2它～慨1/3)肠；风(4雀)障由于侧向淤泥脏的反压以及反王复爆炸振动的冷密实作籍用炕(笼海堤重度可妻达尊20KN/m后3之)根,语改善了堤身稳棕定沙,竖最终沉降量不担超合过蔽3圈0游ｃ步ｍ鹿;农（监5灿）不需要大型灾施工机械和复归杂的施工技术常，消耗人力小悦，见效快。芽5瑞梦目前存在的问霸题庄近几年来，步爆炸排淤填石残法遇到的最大乱问题是大厚度窄（百大于枝1宁0勺米捡、有时达到岸2贞0唱米雨）愈的淤泥软基爆旱炸处理，因为小其机理与浅淤酒泥置换是不相料同的。尽管也轧有很多工程经英验，但经验参耻数要推广还需确要开展理论性恳的研究。目前明这方面的理论史研究还不够成伞熟。麻爆炸陕排淤填石法遇花到的另一个问欠题是爆破震动大安全问题。唤实测结果表位明旧,很爆炸在淤泥中锋产生的压力峰匪值可高号达日10MP甩a业的量级，并使行淤泥产生多次灿振算动培,未其最大加速度启可躲达茂10郑0说ｇ以上约[18]立。隶由于午爆源是在水下解或淤泥中，爆液炸产生的地震授波是在基岩、孟亚粘土、堆石曾散体、淤泥和枯水等这些不同挽性质和密度的橡多层介质中传安播。它较之土歪岩介质中的爆浩破地震波传播放情况要复杂得计多。再道者君,括爆炸法处理海香淤软基要考虑披其震动影响的今，往往是在距狼爆源较近的人壮造陆域。因而唉建立适合水下现爆破条件的爆拍破振动评价方索法也是我们需虏要深入研究的忙一个重要课题亏。名同时还要进一保步完善施工工好艺，研制出适俭合于水上作业伐的装药设备，稻以便于更快的肥推广；而且实演际工程中也表矛明：矿钻孔勘察法及遇物探检测法所鸣得的堤身落底促深度与钻孔持棚力层的深度存辟在一定的差异洲，但防波堤却遵能经受住强台茅风等各种恶劣绵气候的考验，凳其中的稳定性潜原理，还有待仇于进一步论证趣[20]老。撒所以还需要提违出一种更科学邪有效的质量检铜测方法以及检盐测标准病，以更好的监份督工程的安全施。结束语挥尽管蝇爆炸排淤填石挣法已经得到了风广泛的应用，次但到目前为止抱，还是有许多皱理论远不成熟亲，需要我们进惩一步研究炸药领在淤泥中的爆使炸特性、冲击魄波的传播规律挡、淤泥的动力吐特性、淤泥中战爆炸鼓包运动准和空腔回缩后膀的泥石流动规表律。同时，对骆于大厚度淤泥富条件下的爆炸叛挤淤的机理还死需要实验和理境论上的进一步岂的深入研究，零以便能够使这太项技术更好的捐推广。再者，果也要加强施工仓工艺的不断探塞索，优化爆破搁设计，使得爆乔破震动的危害殿降到最低。参考文献违[1]胶许连坡，胚道随良，李世海．范在淤泥中爆破妄的一些现象和愿问题．爆炸与组冲击，臂1989硬，幻9(4)零;员[2]盘总许连央坡分.棍在爆炸荷载作磨用下连云港海毫淤的粘性特贤征毫.楼爆炸与冲苏击旅,1990,蛮10(4):处29套7纪～签301促[3招]斯杨振声．爆炸葛条件下冲击波涌在淤泥中传播萝的规律．第四臂届全国工程爆啦破文集，西安储：缎1989精[4将]粮呼和敖律得筑,璃史黄振栏华狗妻,凳张袁备下等兄.夺令连云港淤泥流安变特性研档究御.浓保力学与实派践膀.199秘4遍，仰16诊接1994筑,16(1)沃:21-25做省[5驰]倦杨光掩煦今,宣水下及淤泥中挣施工与地基处曲理麻,抹北京海洋出版勾社顶,1998罚[6]葛猎龙源，条形装阔药土中爆炸冲拌击波及空腔的则数值模拟，爆贪炸与冲击搜，萍Vol.1音0致，蛛No.执1魔，纸199惯0宇，眠41-48受[7炉]代李翼姻祺淘,玻马素贞生等坟,挤爆炸力拒学攀.冬科学出版播社害.1992岔[8税]倾张加华，王峰艇，蔡建新。工晋程爆破在软土瘦地基处理中的冶应用。第七届胳工程爆破学术怜会议论文集。需成都甩，金200筋1紧，范1龟0赏。路398-40旋3交[9]肆况陈杏明，郑长展青交.郊爆炸法处理软勇基在深淤泥港活口工程中的应饮用兼.股爆沈破细.Vol1化6斗，探No.摧4仪：妖199篮9贼，供1伸2僵：孙98-1