爆炸排水凝結(jié)處理軟基技術(shù)進(jìn)展

爆炸排水固結(jié)處理軟基技術(shù)研究進(jìn)展摘要：本文對爆炸法處理淤泥軟基的技術(shù)機(jī)理進(jìn)行了綜述，闡述了其基本原理、技術(shù)特點和存在的問題，為其進(jìn)一步合理應(yīng)用提供理論依據(jù)和可行的解決方法。關(guān)鍵詞：淤泥軟基爆炸排水固結(jié)壓力梯度TheDiscussofConsolidationofSiltSoftFoundationbyExplosionabstract:Themechanismofconsolidationofsiltsoftfoundationbyexplosionissummarizedinthisarticle,Atthesametime,itskeystone,techniquecharacterandpresentproblemsareintroducedtoprovidetheorybasisandfeasiblesettlemethodsforitsreasonableapplication.Keywords:siltsoftfoundation;consolidationofsiltsoftfoundationbyexplosion;pressuregrads隨著經(jīng)濟(jì)速度的加快，高速公路的迅速發(fā)展，鐵路的提速，房屋建筑樓層的增高，機(jī)場、碼頭等基礎(chǔ)設(shè)施的增多，對地基承載能力的要求也越來越高。但許多地基是如淤泥、沙土等這類承載能力不高的軟基礎(chǔ)，在天然的情況下，他們是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工程的要求的。如何提高這類軟基的承載能力是擺在工程界面前的一個重大課題。近年來許多工程技術(shù)人員將爆破技術(shù)引入到淤泥軟基的處理工藝中，利用強(qiáng)烈的爆炸沖擊波對淤泥進(jìn)行排水固結(jié)，夯實土質(zhì)，形成穩(wěn)定、高強(qiáng)承載的工程地基。1軟基固結(jié)技術(shù)概述淤泥軟基傳統(tǒng)的加固方法是堆載預(yù)壓或真空預(yù)壓，即在軟土層表面堆土、石料或施加真實荷載，為了加速土中的水的排出，淤泥中設(shè)置砂井或塑料排水紙板，預(yù)壓固結(jié)的時間一般要3~4個月才能使土層平均固結(jié)度達(dá)到工程要求指標(biāo)的80%。預(yù)壓固結(jié)方法的固結(jié)原理一是靠土層上部荷載在土體內(nèi)產(chǎn)生超孔隙水壓力；二是土層中設(shè)置排水通道，使水體能夠盡快排出。用爆炸的方法使淤泥軟基快速排水固結(jié)就是在不均勻的介質(zhì)中，通過爆炸荷載的作用，使土體中產(chǎn)生超孔隙水壓力，使土體中的水排出，降低含水量，提高承載能力，達(dá)到加固軟基的目的。爆炸排水固結(jié)實際上是動力排水固結(jié)的一種方式。早在七十到八十年代，國內(nèi)外就有人從事過，有一些實驗結(jié)果，但對機(jī)理的研究都沒有深入探討，影響了工藝參數(shù)的優(yōu)化，給進(jìn)一步推廣應(yīng)用帶來了困難。與錘夯工藝相比，爆炸排水固結(jié)具有施工速度快、占用船機(jī)少、造價低等特點，在大厚度機(jī)床和施工環(huán)境不良的條件下更為突出。2爆炸排水固結(jié)的機(jī)理研究2.1淤泥中塌炸的若干現(xiàn)象鄭哲敏先生在中粗砂和粉細(xì)砂爆炸排水固結(jié)試驗基礎(chǔ)上，提出爆炸排水與常規(guī)不同，可能形成若干排水通道，因而短時間內(nèi)排出大量的水。工程實例和實驗研究的現(xiàn)象表明，鄭哲敏先生的判斷是正確的。首先我們來看一個實驗現(xiàn)象：對有機(jī)質(zhì)含量少的飽和淤泥地基加載后，其正常的固結(jié)沉降分為兩階段[1]：第一階段為較小的瞬時沉降，原因是土骨架的彈塑性變形；第二階段是大量的隨時間發(fā)展的沉降，對有機(jī)質(zhì)含量少的淤泥，以主固結(jié)為主。而在淤泥中爆炸引起的固結(jié)沉降明顯與正常加載情況不同，可觀察到明顯反轉(zhuǎn)的兩階段過程：第一階段為急劇排水階段，表現(xiàn)為地表排水量激增，甚至沿豎向排水通道呈泉水樣涌出，伴發(fā)的瞬時沉降量較大。該階段持續(xù)時間較短，僅3d左右；第二階段為固結(jié)排水沉降階段，表現(xiàn)為淤泥中的超靜孔隙水逐漸排出，該階段持續(xù)時間長，但沉降量并不大。經(jīng)過以上兩階段，淤泥含水量降低，密度提高，強(qiáng)度增長。通過上面的現(xiàn)象可以發(fā)現(xiàn)，動力固結(jié)排水不同于常規(guī)滲流排水規(guī)律。為了解釋這種快速排水的現(xiàn)象，我們需要搞清楚：淤泥在動載荷的作用下，它的物理性能及力學(xué)性能發(fā)生怎樣的改變？淤泥的滲透系數(shù)如何增大？水是如何快速的從淤泥中排出？這些問題需要我們在實驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行淤泥軟基在爆炸動荷載作用下的動力響應(yīng)、土體中超孔隙水壓力產(chǎn)生的機(jī)理、動載荷作用后土體中排水規(guī)律、集中排水通道的形成機(jī)理和動力固結(jié)等問題的深入研究。2.2動力固結(jié)機(jī)理對于滲透性很小的飽和細(xì)顆粒土，孔隙水的排出被認(rèn)為是形成沉降的必要和充分條件，這是傳統(tǒng)的固結(jié)理論的基本假定，所以對軟土的固結(jié)效果，國內(nèi)外許多學(xué)者認(rèn)為在快速加載條件下，由于滲透性差，孔隙水無法在瞬時排出，所以土體是不可壓縮的，得出了“軟土不宜應(yīng)用強(qiáng)夯法加固”的結(jié)論[2]。爆炸排水固結(jié)技術(shù)也屬于動力排水的一種，它的作用機(jī)理基本上與強(qiáng)夯法加固法是一致的。對淤泥經(jīng)爆炸荷載在瞬間排出大量的水，并伴隨有土體的沉降的現(xiàn)象，可以從動力固結(jié)理論的角度進(jìn)行解釋：船由于爆絹炸在淤拆泥中的葬機(jī)理非屆常復(fù)雜落，目前銳對爆炸禿排水固還結(jié)的機(jī)寨理還無旋成熟的偵定論，寒很多學(xué)亂者宵[1]伴[8]損認(rèn)為，怨是由于至沖擊波安的驅(qū)動毯，產(chǎn)生話水、土腫的兩相稀流，并銹形成孔忠隙水的制壓力梯辟度，必截然引起萍孔隙水放的流動舊。同時而，僅僅傾依靠滲哨流排水截是不可歡能在短某時間內(nèi)盾消除這井一壓力施差的，語這就強(qiáng)愈制水尋歸找新的靜出路，愛即建立差新的排艇水通道渣。隨之哄產(chǎn)生的灘超隙水盡壓力大處于土顆病粒間的畢側(cè)向壓攔力時，翅致使土姜顆粒間芽出現(xiàn)裂管隙，形喝成排水茂通道。蜓而且這朽種裂隙習(xí)在淤泥兼中是密虧布的，凱它大大占縮短了秋滲流的章滲徑，胃使得水略在很短來的時間童內(nèi)排出蔬體外，漸起到排鏡水固結(jié)松的作用少。由此沙可見，殺它的作醫(yī)用機(jī)理鏟和傳統(tǒng)艇的固結(jié)衫理論是悉完全不奪同的。運2.噴1王淤泥中盾的沖擊帝波廊我們知雀道，正嶺是因為敏爆炸沖扛擊波引接起的振溝動的作梅用，因累為二者卸的重度匹不同，精獲得的根慣性也外不同，浪所以才胡會使得柱土體和或水的分績離，在葛淤泥中妻產(chǎn)生排吧水通道演，使水暗快速排臂出。對罩于淤泥英中的沖康擊波傳省播規(guī)律菜、地震犯動加速懲度的研自究也是胡一個重籮要的課繪題。獨條績淤泥是瓶一種賓挖漢流體斯，不可懶壓縮。鈴炸藥在雄淤泥中芳爆炸，碗首先在闊淤泥中福傳播沖謎擊波，松土體和描水同時淋受到?jīng)_渠擊波的依作用；降沖擊波采的作用粱時間很織短，隨源著與爆趴心距離音的增大超而快速串衰減，離其衰減娃規(guī)律通[8]喝為：祖波形見哀圖醫(yī)1討圖亞1盾探淤泥中倦爆炸的而沖擊波培壓運力聾-壽距離關(guān)閃系恰實測數(shù)帳據(jù)也表查明泄[3]滾：淤泥鉤中爆炸版沖擊波靠引起的鹿震動范奔圍可以誦達(dá)數(shù)十暫米．加辦速度測萍量結(jié)果凳，爆源課附近的挺加速度浮幅值大積，隨離造爆源距項離增大粱而衰減醬，無論者是從水雀平距離慎還是垂枯直距離襲都是一侵樣。但宰在距爆鴿源衣20弄m插處，加世速度值芒仍有燃10渾g站數(shù)量級糞；而且碧分析也曲表明，忽在爆源優(yōu)的近處軌，傳播尊的是體平波，是翻直接由役沖擊波屯壓力形綠成的。挖在遠(yuǎn)處遮，衰減殿成瑞利喊波，表鐵面是最徑大值，持隨著與翠表面距竊離的增坦大迅速忘衰減。怖楊振聲嶺等離[8]樓對淤泥社中爆炸士排水固毅結(jié)進(jìn)行招了現(xiàn)場憲實驗研管究，所徑得測試貍結(jié)果表定明：加崖速度幅依值很大闖，可奉達(dá)乎100瞧g抓量級，君但作用啦時間很鉤短，只徹有幾毫堡秒。地樸震波波創(chuàng)速和沖濃擊波波素速相吻炸合，都饑是銜150寄0m/戚s廳。極正是由登于爆炸田沖擊波愚和它所瞧產(chǎn)生的副震動的種作用，什使得淤墳?zāi)嘀挟a(chǎn)逆生許多秋裂縫，蜜也就是佛所謂額的繪“蓄排水通摔道掘”稻,老才為快蕩速排水葛提供了羨條偶件校.軌肉由于排兆水通道辱的形成率大大縮胸短了滲冊徑，結(jié)戲合水轉(zhuǎn)趕變?yōu)榭淄迪端霰艽罅丝蓢@供排出梳的水崗量沈.捧同時沖改擊波引滔起強(qiáng)烈謀的振動舒，使得抗飽和土鋪孔隙水名壓力增慘加，在斗土中超明孔隙水肢壓力的災(zāi)作用掃下般,醉水和土港體的速企度不載同殲,瞧水便快旨速的排雨出吉,忘因此爆責(zé)后短時華間內(nèi)排節(jié)水量驟當(dāng)增，甚紡至有泉慕水樣涌腸出平.針而大量郵水體的歸排出必餡然造成窄地表伴躲發(fā)較大喬的瞬時質(zhì)沉降，軌這就解雨釋了爆豪后急劇蓬排水現(xiàn)誓象。既同時，庭朱紅兵立等人喚[6]伸通過實妙驗發(fā)現(xiàn)懼：豎向居應(yīng)力波芽對排水森固結(jié)的艷影響相擇對較小怠，而對嫂加強(qiáng)排老水貢獻(xiàn)鍬最大的蘭是在水漿平向的袍應(yīng)力天波框.砍這一點傾對固結(jié)敢排水的異效果是蠟非常重訂要的。座2.銅2則對孔隙故水壓力通的研究蔽實驗證務(wù)明浮,原淤泥中案的孔隙悼水壓力哈及其變陜化搖,們是排水隸過程中稈的重要精因農(nóng)素外,喚它決定忽了排水忍速度的監(jiān)快慢以撐及排水膨量的大府小補(bǔ),裹是爆炸斑排水固奸結(jié)法中廢的關(guān)語鍵糖.五當(dāng)炸藥哭在淤泥殖中爆炸鏈，在爆壺炸荷載剪的作用疤下，在害淤泥中穩(wěn)產(chǎn)生沖念擊波和史動應(yīng)力征。隨之可產(chǎn)生的嘩超隙水盡壓力大言于土顆雜粒間的洋側(cè)向壓烤力時，雙致使土姻顆粒間葵出現(xiàn)裂健隙，形豬成排水央通道。蓋此時，明土的滲詳透系數(shù)修驟增，擾孔隙水醉得以順啄利排出帽。當(dāng)孔拾隙水壓糞力消散鋼到小于留土顆粒耕間的側(cè)昂向壓力巷時，裂壺隙即自凳行閉合耍，土中嗽水的運餃動重新?lián)朴只謴?fù)嫌常態(tài)。大土層經(jīng)龜爆炸振盯動作用只后，淤君泥中的新孔隙水譽壓力梯鍬度分布獎規(guī)律是動很復(fù)雜紫的，對然爆炸后圓淤泥中斧孔隙水捐壓力場謎的測量習(xí)結(jié)果進(jìn)寨行整理庫分析，份可以得筆到爆炸濫后土中惰壓力梯沙度分布撈的典型徒規(guī)弦津版:斬壓力梯究度變化國呈現(xiàn)出狗波動形番式；在喉瀑源附將近，壓服力梯度授變化較尾大，集棉中在爆哪源會5m盈左右的球范圍；乒遠(yuǎn)區(qū)壓徑力梯度患變化較幣小，變理化規(guī)律燃近似。眠根據(jù)現(xiàn)壤場實測陣的孔隙存水壓力筋分布規(guī)貌律結(jié)果棄整理無謙量綱的紀(jì)壓力梯萬度察；隨時葡間擔(dān)；的關(guān)乎系基本貞為一波衫動形式亂[5]鈴：，實桑測結(jié)果縱整理后終如怕圖謎2演：反圖炭2攔爛爆炸后臨淤泥中刷應(yīng)力梯欺度和時麗間茫在實際謊測量過選程當(dāng)免中銜,闖我們發(fā)腫現(xiàn)超孔吧隙壓力灶變化是暮一波動圓曲云線木,放而五且憂,櫻我們還苗發(fā)現(xiàn)淤攤泥中爆離炸有負(fù)抹超孔隙器水壓力抗的存在稠的現(xiàn)盞象等.便這是因績?yōu)檎?按淤泥等減介質(zhì)實槐際上是峰一種兩磚相介嚴(yán)質(zhì)矛,輪即淤泥層的土顆做粒和孔攜隙中的氏水在沖燭擊波壓不力作用令下券,饞兩相都猾承受壓各力紛,丹由于水益的密度腐和淤泥木土顆粒出的密度館不一捷致睛,竄體現(xiàn)獲鹽得的慣城性也不毛一春致溪:紋在加速勺度呈現(xiàn)巾正值騙時騙,捆水所獲松得的速畫度黨大于淤近泥土顆鍵粒的速慣度氏,燙此時的斥滲流速悉度為軌-財向上為派正孫;筒若滲流婚速度為清正督,標(biāo)此時孔驢隙水壓喉力下故降著.煌反壁之族,蜓加速度戚是下降授時池,共孔隙水艘壓力上帥升略,盆這就是賴動載排河水的主能要原糧因頑.飾在爆后社，可以代發(fā)現(xiàn)淤紐泥依然偵持續(xù)排賓水，很仰多學(xué)者牌在這方兵面都做晉了研究玻：武可普歸儀等孔[1轉(zhuǎn)]肢指出：嚷爆后發(fā)泡生持續(xù)英排水和鳳較快沉愚降的原亭因，一體是實測么到的淤絹泥中有晝超靜水列壓力，如二是實她測的淤份泥滲透劍系數(shù)提鄰高。膀張之穎斯等企[7]箏通過實弦驗發(fā)現(xiàn)必：土層笑的超孔障隙水壓斃力在爆利破振動忌停止后迎并不一判定立即炮開始消油散，有掃時表現(xiàn)篇出仍繼嗽續(xù)上升敗的特征沖。這說昨明，振見動停止乳后土中塞微動態(tài)鍛過程并焰沒有停躬止，顆請粒間的織微動態(tài)蜘過程將析繼續(xù)引州發(fā)超孔衡隙水壓酸力，這杏是震后仇超孔隙禾水壓力款隨時間廣增長的假內(nèi)在因星素。也網(wǎng)正是超慣孔隙水再壓力的梢存在，而使得淤倉泥繼續(xù)帝排水固牽結(jié)。靈實測數(shù)桑據(jù)也表笨明，超淡孔隙水雅壓力的遠(yuǎn)存在，貢不僅是漠爆炸排喘水固結(jié)靠的關(guān)鍵使，也是密爆后繼芝續(xù)排水府的主要清原因。僻3幅們數(shù)值計暢算：合由于爆麗炸沖擊落波的作麻用時間寫很短，鉛它的作康用只能記是是的油水和淤餅?zāi)喃@得倉相互分送離的趨披勢，而甲爆炸引鍵起的振常動則可衰以使他常們兩相戀分離。凳在實驗鉛測量結(jié)成果的基戶礎(chǔ)上，鳥我們假銳定：水乳和土顆密粒都是駝不可壓反縮的物陶質(zhì)，且曠孔隙菠率讓n花無論從至體積上紀(jì)或是面廣積上都莖是一樣驚的。采規(guī)用兩相蘆流的模錯型建立胖了土顆獄粒和水打動載下扔的一維膠運動方圓程自[8]唇：嗽水的質(zhì)寺量守恒庭：歷土顆粒遺的質(zhì)量擾守恒：龍水的動琴量守恒餡：訴拼捎佳脊頑左置土顆粒皆的炮動量守句恒：嘆同時滿航足：猛；祖重鞭飽其中母：巨n另、鴿P味、圾g社為土體容的孔隙百率、孔膏隙水壓及力和重多力加速好度；蔑、懇、忍、魯為水相莊和顆粒甘相的密袖度、速姑度；機(jī)為水和細(xì)土顆粒拔的相間猜作用力誼。迷為有效土應(yīng)力。痕給定初俱始條件無，列t=慮0立時，盟=計=舉0竹和奶n法0蜓（波x臟）踐，弟P狂0委（藥x熟），此伸時的解郵是封閉魂的。距以上數(shù)棒值方法陣將水和輪土顆粒映看做不袋可壓縮日的介質(zhì)夕處鬧理材,大土體的武變形通炒過孔隙晚率可n賤的變化代來反耳映居,溪與蝴Bio貧t杏方程和苦混合物端理方程松是不同而的繳.泉上面的釣方程的糊數(shù)值解穿的關(guān)鍵雪是淤泥貌的動本躺構(gòu)關(guān)系叛及相間頌作用力童的確殊定撤.閣數(shù)值計田算的結(jié)暫果鄭[4]薪也表明絹：在強(qiáng)草動載荷有的作用樣下，土禁層中兩定相介質(zhì)鞋由于運看動的慣膝性不同庸，兩者恢會出現(xiàn)肺分離運叛動，兩秀者的速故度相差師造成了望土體中鴉的水叛的選“優(yōu)進(jìn)、拳出摸”享現(xiàn)象，該解釋了惑工程和價實驗中繼爆后出狼現(xiàn)有正蠶有負(fù)的僅超孔隙狼水壓力俗的現(xiàn)象瞧。新4債襖目前存飾在的問塌題：獅芽擴(kuò)歸爆炸排鏡水固結(jié)擺法雖然志在一定沾程度上癥有利于扶加快工國期，快膜速提高牲軟基礎(chǔ)靜的強(qiáng)度嶄，但現(xiàn)勸場實驗沒結(jié)果和走初步的貧理論研康究均表們明，淤池泥軟基潛后期固鄭結(jié)效果傭不明顯溫。這在賺一定程漁度上限豬制了該貞技術(shù)的晌推廣。驅(qū)而且由瓜于受到皮多種條咸件的制帶約，在坡實驗和斗理論上犧都還存山在著許諷多問題憲，需要攝我們進(jìn)禍行深入爬的研究缺：究首先，犧在實驗牛上：由賠于該技預(yù)術(shù)對淤獸泥的性狀質(zhì)及地闖質(zhì)條件蒜等環(huán)境世因素的帝要求很拆高，故待此類實狐驗的重橡復(fù)性比自較差，射同一實孩驗的區(qū)蓋域多次徹爆炸后搭，土體夜的指標(biāo)臭變化較查大，相草臨區(qū)域扇土體的逼原始參衡數(shù)變化轉(zhuǎn)又較大允，需要萄大量的蛙實測數(shù)案據(jù)才能圈分析出蜻土體動揉力響應(yīng)桶的規(guī)律沃。歡再者，射在理論況研究上臥：需要進(jìn)進(jìn)一步洪搞清飽釋和淤泥洞的動本朗構(gòu)關(guān)系囑、爆炸骨載荷在鵲力學(xué)模紡型中的荷描述、材二維或堪三維模瞎型的建顛立及數(shù)屆值計算欣等，需晉要考慮線爆炸動赤力排水嘉和后期凈的排水挽過程。狀最后，溉還要敢加強(qiáng)對制軟基處洪理后長糊期變形捐等研究桂，重視論大型軟枝基處理童工程的碰工后長宅期追蹤汁觀測，丸用以檢該驗理論兼估算結(jié)繁果，發(fā)介展、完雪善現(xiàn)有血理論。結(jié)束語巴誤配為了克數(shù)服爆炸行排水固德結(jié)技術(shù)粒本身的盡不足，鵝提高淤艇泥軟基雨的后期塊強(qiáng)度，蔑需要我勝們不斷肚深入的殖研究淤棄泥中超證孔隙水穩(wěn)壓力產(chǎn)棕生的機(jī)音理、排嘴水通道預(yù)的形成統(tǒng)機(jī)理以串及后期蕉排水規(guī)盼律等問息題。與悟此同時臂，還要老進(jìn)行多貴方面的墳嘗試，奮如動靜驅(qū)結(jié)合排繳水固結(jié)征法，探絹討一種定更為有芬效的工殊程技術(shù)皺方尺法物,緒以便在廈更廣泛律的范圍劃內(nèi)推廣做爆炸