探究港口抛石爆破挤淤筑堤的机理及检测方法

探究港口抛石爆破挤淤筑堤的机理及检测方法摘要：随着围海造地工程的不断推进，沿海可利用的近岸潮间带日益减少，围海造地等工程建设有向水更深、浪更急、泥更厚的的离岸水下滩涂发展的趋势，抛石爆破挤淤处理淤泥的厚度在逐渐加深。然而基于浅层淤泥提出的抛石爆破挤淤机理难以对在深厚淤泥中使用抛石爆破挤淤技术进行指导，有必要对抛石爆破挤淤在深厚淤泥中的机理和检测方法进行深入系统的研究，以利于抛石爆破挤淤技术的进一步推广使用，本文主要对抛石爆破挤淤的基本原理和检测进行了研究。关键词：抛石爆破挤淤；基本原理；检测抛石爆破挤淤筑堤技术是我国独创的一项地基处理技术，经过20多年的发展，已经广泛应用于海堤或水工围堰工程的建设。现行规程基于几何相似律的原理，认为抛石爆破挤淤技术处理的淤泥厚度宜在12m以内，而实际上抛石爆破挤淤处理的淤泥厚度已经超过了40m，实际消耗的炸药量也远比按现行炸药量计算公式的计算值偏小，说明规程编制阶段为技术界所理解的抛石爆破挤淤理论已经不能适应当前技术发展的需要。对于抛石爆破挤淤海堤的检测，采用检测方法时的争议也比较大，不能有效地控制施工质量、检测挤淤效果，以及较为准确地进行工程计量。在这种情况下，对抛石爆破挤淤筑堤的机理和检测方法进行研究具有重要的理论与实际意义。一、研究现状（一）抛石爆破挤淤机理对于抛石爆破挤淤机理的认识，有一个由浅入深、由表及里、逐步揭露的过程。随着研究的深入和对抛石爆破挤淤认识的加深，人们认识到爆破会使淤泥的强度降低，从而提出了定向滑移效应，强大的爆炸压力将深层淤泥扰动，使其强度骤降，造成了深层淤泥沿轴线定向滑移的条件，爆后抛填时，随抛填自重荷载的增加，当被爆炸强扰动的深层淤泥内的剪应力超过其抗剪强度时，抛石体沿滑移线朝轴线方向定向滑移下沉，实现抛石置换深层淤泥。（二）抛石爆破挤淤海堤检测方法根据调查发现，当前抛石爆破挤淤海堤主要有三个检测方法，主要包括体积平衡法、钻孔探摸法以及探地雷达法。1、体积平衡法施工过程中记录运载石料车辆的吨位和车数，通过体积平衡估算抛石体底面的落底深度。此法如果使用得当，是一种简单实用的办法，但人为干扰因素较多，不易控制。2、钻孔探摸法钻孔探摸法是利用钻机用回旋法直接钻入地层，取得地层芯样，进行地质分层，获得各地层厚度的一种比较直观的检测方法。钻探还可直接采取抛石层下的原状土样进行土工试验。但该法检测速度慢，费用高，不宜做全面检测。3、探地雷达法探地雷达法是利用探地雷达仪向地下发射电磁波，通过接收抛石底面和淤泥层底面的反射波来判断抛石的厚度和残留淤泥的厚度，可作纵断面检测和横断面检测，检测面广，检测速度快等特点，是目前具有发展前景的检测方法。二、抛石爆破挤淤海堤检测方法的原理（一）钻探检测方法原理钻探检测方法是利用钻机用回旋法直接钻入地层，取得地层芯样，进行地质分层，获得各地层厚度的一种比较直观的检测方法。钻探工艺一般采用套管和泥浆护壁，冲击或回旋方法取芯钻探，必要时采用双管钻进。钻头选用：填土层采用合金钻头，抛石层采用金刚石钻头。钻探回次进尺一般不超过2.5m。（二）面波检测方法原理面波（瑞利波）检测法根据震源形式不同可分为二大类：一类为稳态法，另一类为瞬态法。本文主要介绍瞬态法的方法原理。如图1所示，瞬态面波法是在利用激震设备产生一定频率范围的瑞雷波，并以复频波的形式沿地面传播，在地面布置多个拾震器，并选择最佳面波接收窗口接收震动，通过多次迭加和多道相关迭加，使得频谱能量加大，干扰减小，通过频谱分析获得地层的频散曲线，然后通过反演计算出各层的面波速度，最后根据面波速度来进行地质分层，获得地层的厚度和速度分布情况。图1面波检测原理示意图（三）探地雷达检测方法原理如图2所示，探地雷达由主机、天线和控制电脑（含配套软件）等几部分组成。图2探地雷达各组成部分根据电磁波在有耗介质中的传播特性，发射天线向地下发射高频脉冲电磁波（几MHz-几GHz），当其遇到地下不均匀体或界面时会反射一部分电磁波回来，其反射系数主要取决于地下介质的介电常数，雷达主机通过对此部分的反射波进行适时接收和处理，达到探测识别地下目标物的目的。其工作原理如图3所示。图3探地雷达基本原理示意图电磁波在特定介质中的传播速度是不变的，因此根据探地雷达记录上的接受到地下反射波的时间t，即可据下式计算出地质界面的深度H=式中，H即为目标层深度；v是电磁波在地下介质中的传播速度，其大小由下式表示：v=式中，c是电磁波在大气中的传播速度，约为30万km/s；为相对介电常数，取决于地下各层构成物质的介电常数。雷达波反射信号的振幅与反射系统成正比，在以位移电流为主的低损耗介质中，反射系数R可表示为：R=/，反射信号的强度主要取决于上、下层介质的介电常数的差异，差异越大，反射信号越强。如果，反射系数为正，反射波和入射波相位相同，如果，则反射系数为负，反射波和入射波相位相反。（四）地震映像检测方法原理地震映像法和探地雷达法的原理基本相似，只是它采用地震波代替了电磁波，利用不同地质界面对地震波的反射来探测各地质界面的厚度和形状，地震映像是地震反射勘探的一种简化方法，单点激发，单点接收，逐点检测，连接起来的地震时间剖面即是地下界面形态的反映，如图4所示。图4地震映像工作原理图地震映像法炮检距小，直接接收激发点和接收点之间的近似垂直的反射波，从而提高了采集数据的信噪比，且测量点设在激发和接收距离的中点，实际上此记录反映了此偏移距范围内的地下岩层、岩性的变化。与常规的工程物探方法相比，地震映像法有如下特点：1、由于每个记录道都采用了相同的偏移距，地震记录上的时间变化主要为地下地质体的反映，连接起来的地震时间剖面即是地下界面形态的反映，这给后续的资料处理工作带来了极大的方便，可直接对资料进行部分数字分析，如频谱分析、相关分析等,而且对于异常的解释也可以采取时间剖面，避免了单道接收无法进行速度分析的难点；2、由于地震映像法采用了单炮激发、单道接收，在资料处理过程中不需要进行动校正、叠加等处理，节省了资料处理时间，避开了动校正对浅层反射波的拉伸、畸变影响，可以使反射波动力学特征全部被保留，地震记录分辨率不会受到影响，减少了处理误差；3、不能进行水平叠加，虽然避免了倾斜地层不能精确进行共反射点叠加以及接收到的地层反射波因角度不同引起地层波阻抗的平均效应等问题，但更主要的意味着抗干扰能力降低，增大了计算机数据处理的难度和对有效波辨别的准确性。结束语当抛石挤淤达到平衡后，在抛石挤淤堤前方的淤泥中进行爆破，使抛石体前方淤泥强度降低，从而导致抛石体和淤泥之间形成的平衡被打破，抛石体产生塑性滑移和下沉，然后和淤泥之间形成新的平衡，补填后继续爆破，继续引起抛石体产生塑性滑移和下沉，最终达到挤掉更多淤泥的目的，形成稳定的海堤。钻探检测、面波检测、地震映像检测和探地雷达检测方法均能进行抛石爆破挤淤海堤的检测，但各有优缺点，如果使用单一方法，精度难以保证，甚至会得出错误的检测结果，因此，必须采用多种方法进行组合。结合工程实际情况，在抛石厚度小于20m时，采用钻探结合探地雷达的组合方法比较有效，抛石厚度大于20m时，可采用地震映像法进行辅助检测。参考文献：[1]陈鸿,欧阳宇峰,余海忠.抛石爆破挤淤过程的有限元数值模拟[J].地质科技情报,2012,04:98-105.[2]逄宁.深厚淤泥爆破挤淤筑堤技术及环境影响问题[J].科技致富向导,2011,15:312-315.[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,S2:1-5.[4]余海忠,刘国楠,胡荣华.爆破挤淤海堤的综合检测方法[J].广州建筑,2009,05:37-42.