爆破挤淤海堤的综合检测方法

爆破挤淤海堤的综合检测方法

余海忠刘国楠胡荣华（中国铁道科学研究院，北京100081）

摘

要：介绍了爆破挤淤法修筑海堤的基本原理和施工方法，以及钻探、探地雷达、地震映像和面波检

测方法的基本原理。在两个工点进行了检测对比试验，结果表明四种检测方法各有优缺点。钻探检测方法结果直观，但检测速度慢，成本较高；探地雷达检测速度快、精度高，但检测深度有限；地震映像精度较低，但检测深度可以深达100m；面波检测可以测得地层的面波波速，但对深度的分辨率较低。通过将四种检测方法组合，总结出了一套行之有效的综合检测方法。关键词：软基处理；爆破挤淤；探地雷达；地震映像；面波检测

AComprehensiveInspectingMethodforSeaDikeConstructed

byExplosiveReplacementMethod

YUHai-zhongLIUGuo-nanHURong-hua(ChinaAcademyofRailwaySciences,Beijing100081)

Abstract:Theprincipleandconstructionprocedureofexplosivereplacementmethodaswellastheprincipleofboring,groundpenetratingradar（GPR）,seismicimagingandsurfacewaveinspectingtechniqueswereintroduced.Twoinspectingcomparingexperimentswererespectivelyconductedattwosites.Theresultsindicatedthatthefourinspectingmethodshavemeritsanddemerits.Theboringmethodcanobtaindirectlyperceivedresultbutcostsalotandtheinspectingspeedisverylow.TheinspectingspeedandprecisionofGPRareveryhigh,butthepenetratingdepthislimited.Theprecisionofseismicimagingmethodisrelativelylow,buttheinspectingdepthcanbeashighas100m.Thesurfacewavevelocityofthestratumcanbeobtainedfromthesurfacewaveinspectingresult,butthedepthprecisionislow.Throughcombiningthefourmethods,ausefulcomprehensiveinspectingmethodwasputout.Keywords:softclaygroundimprovement;explosivereplacement;groundpenetratingradar(GPR);seismicimaging;surfacewaveinspecting

抛石爆破挤淤是一种在软基上修建海堤的软基处理方法，在我国沿海地区广泛应用。随着该项技术的推广使用，对施工质量的检测技术也在不断发展。

《爆炸法处理水下地基和基础技术规

（以下简称《规程》）推荐使

程（JTJT258-98）》

地震映像、面波检测的优缺点，提出一套行之有效的综合检测方法，可以检测不同条件下不同深度的爆破挤淤海堤，适合进行竣工和工程计量检测。

用的方法有体积平衡法、钻孔探摸法和探地雷达法。在有些工程中还使用了地震反射波法载试验方法

[2]

[1]

1爆破挤淤的原理和施工方法

1.1爆破挤淤的原理

对于爆破挤淤的原理，述的：

《规程》中是这样描

“爆破挤淤（爆破排淤填石）是在抛石体

和静

，这些方法单独使用都不完善。通

过实际工程对比测试，总结了钻探、探地雷达、

广州建筑GUANGZHOUARCHITECTURE2009年第5期

外缘一定距离和深度的淤泥质软基中埋放药包群，起爆瞬间在淤泥中形成空腔，抛石体随即坍塌充填空腔形成‘石舌’，达到置换淤泥的目的。经多次推进爆破，即可达最终置换要求。”爆破挤淤原理示意见图1。其实关于爆破挤淤的真实机理，并非像上面描述的那么简单，乔继延等试验和数值计算得出结论：

[3]

填———......———形成50m堤身———侧爆处理———补填至设计断面。

（2）堤头爆破挤淤技术要求

①抛石体的堤头超高不小于3.0m，单循环作

业抛填进尺5.0m；

利用示踪②爆炸埋药点应在抛填石舌的下部，大约三

分之二淤泥的深处；

“可以把爆炸排淤填

石法分为两个阶段:①起爆后，爆轰产物推动爆源周围的介质向四周运动，在淤泥中形成爆炸空腔（爆坑），同时爆源近区的淤泥强度降低;②爆炸产物压力卸载后，堆石体依靠重力把底部的淤泥挤向爆坑方向，同时自身也向前方塌落，最终达到泥石置换的效果。”

③药包的间距：2.0m；

④药包的药量应根据淤泥的厚度和土质条件

经过试爆确定，药量10～30kg/包。

（3）侧爆挤淤技术要求

①当通过堤头抛填爆炸挤淤形成的堤身长度

超过50m时，进行侧爆处理，侧爆分段长度以

50m为宜；

②侧爆时，堤侧应适当超填石料；

③侧爆时药包的埋置位置和药量配置要求同

堤头爆破；

④侧爆药包间距2.0～4.0m；

⑤侧爆后进行补填、理坡，达到设计要求断

面。

图1爆破挤淤示意图

2检测方法原理

2.1钻探检测原理

钻探检测方法是利用钻机将钻头连同钻管直接钻入地层，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，回转方法钻进，必要时采用双管钻进。钻探还可直接采取填石层下的原状土样进行室内土工试验。

张翠兵

[4]

通过对爆炸处理过程的分析研究发

现，厚层淤泥中采用爆破挤淤时，单次爆炸处理过程可分解为以下几部分效应：①爆炸“石舌”效应；②定向滑移效应；③爆炸“振陷”效应；

④抛石堤自身密实效应。

近年的工程实践和研究表明，爆炸的主要作用是使淤泥的强度瞬间大幅降低，破坏了原有的平衡条件，抛石体在重力作用下产生滑移而达到新的平衡状态，这样周而复始，最终达到泥石置换效果。这种机理可以解释为何现在爆破挤淤法并非只适用于《规程》中提到的“置换的软基厚度宜取4~12m”的情况，而是可以处理像珠海桂山港1#防波堤那种淤泥最厚达45m的情况减少炸药的使用量。

[5]

2.2探地雷达检测原理

探地雷达由主机、天线和配套软件等几部分组成，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，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和划分地质界面的目的，其原理见图2所示。

。而

且利用这种机理指导设计，在深厚淤泥中，可以

1.2爆破挤淤的施工方法

（1）爆破挤淤施工基本工序

堤头抛填———堤头爆破挤淤———堤头抛

余海忠等：爆破挤淤海堤的综合检测方法

39

x-N

天线

x0xN

天线扫描方向

x-N．．．．．．x-1

d0

x0x1．．．．．．xNx

d-Nd0

dN

d-N

d-1

d1

dN

隐蔽物

数据采集双曲线

图2探地雷达原理示意图

雷达图

波，并以复频波的形式传播，在地面布置多个拾振器，并选择最佳面波接收窗口接收震动，通过多次迭加多道和相关迭加，使得频谱能量加大，干扰减小，获得频散曲线，从而利用面波速度进行地质分层。

3现场对比试验成果

姨

（2）

3.1深圳前海填海区外海堤工程检测对比试验

深圳前海填海区位于珠江口东岸、南头半岛西侧，填海造陆总面积约为13.78km2。其中的外海堤总长约7.0km，场地海积淤泥6.0~11.0m，采用了抛石爆破挤淤法进行施工。

海堤的质量和计量检测采用了钻探、探地雷达、面波检测和地震映像检测四种方法，其中钻探和探地雷达检测方法是设计要求的检测方法，面波检测和地震映像检测是对比检测增加的检测方法。四种方法相互验证，达到了很好的检测效果。以同一参考点对比，结果见表1：

表1前海外海堤不同检测方法的检测结果检测方法钻探检测探地雷达检测面波检测地震映像检测

平均

填石深度/m

相对误差/％

式中，C是电磁波在大气中的传播速度，约为3×

108m/s；ε为介质的相对介电常数，取决于地下各

层构成物质的绝对介电常数。

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：

ε-εR=姨1姨2

姨ε1+姨ε2

（3）

反射信号的强度主要取决于上、下层介质的相对介电常数ε的差异，电性差异越大，反射信号越强。

2.3地震映像检测原理

地震映像法和探地雷达法的原理基本相似，只是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波法的一种简化方法，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，接收点离震源很近，直接接收激发点与接收点之间的垂直反射波，从而提高了采集数据信噪比。

11.0010.4010.5110.6710.645

3.332.301.270.231.78

（1）钻探检测结果

钻探检测采用XY-1型钻机，金刚石钻头回转方法钻进，对比试验的孔位探明，填石厚度11m，填石层下有一层1m左右厚的混合层，混合层下为粘土层。

2.4面波检测原理

面波检测法是在激震时产生一定频率范围的面

广州建筑GUANGZHOUARCHITECTURE2009年第5期

（2）探地雷达检测结果

图3为通过探测钻孔所在的探地雷达检测横断面（堤顶部分），采用意大利RISK2型探地雷达仪器，40MHz天线，点距0.5m，可清楚地分辨出填石底面和持力层顶面。剖面9m处为钻孔位置，显示填石深度为10.40m。

水平位置/m

轴非常清晰，但不能分辨混合层厚度。剖面80m处经过上述钻孔，地震映像显示深度为10.67m。

水平距离/m

时间/ms深度/m图5前海外海堤地震映像检测剖面

填石

混合层

持力层

3.2深圳机场海堤工程检测对比试验

深圳机场飞行区扩建项目位于珠江口东岸，深圳机场一跑道的西侧，场地原貌为海域，水深

1.0~5.0m，海床下高含水量淤泥6.0~12.0m。海堤

图3前海外海堤探地雷达检测剖面

长度为14969m。结构为重力式斜坡堤，抛石爆破挤淤法施工。设计要求采用钻探和探地雷达检测方法对海堤进行检测，本次同样增加了面波检测方法和地震映像检测方法进行检测对比试验。四种方法相互验证，同样达到了很好的检测效果。以同一参考点对比，结果见表2：

表2深圳机场海堤不同检测方法的检测结果检测方法钻探检测探地雷达检测面波检测地震映像检测

平均

填石深度/m

相对误差/％

（3）面波检测结果

本次增加的面波检测试验，采用了吉林大学生产的GeoPenMiniSeis24型多功能地震仪，配备了12道4.5Hz低频面波检波器接收面波，道间距

1m，偏移距7m，用人工敲击震源。采集到的面波

数据利用配套的Geopen面波解译软件进行处理，便可得到检测结果。图4所示为通过钻孔处的面波检测结果，反演结果显示填石厚度为10.51m，填石层面波速度为204m/s，不能分辨混合层厚度。

12.9313.1012.8012.7712.90

0.231.550.781.010.89

（1）钻探检测结果

钻探检测同样采用XY-1型钻机，在对比试验孔，填石厚度12.93m，残留淤泥0.5m。

（2）探地雷达检测结果

本次试验采用仪器与前海相同，天线频率为

图4前海外海堤面波检测结果

40MHz，点距0.5m。水下部分采用了玻璃钢船身

的快艇进行探测。图6所示为海堤的全断面探地雷达检测结果，为了真实反应堤身断面的形状，对探地雷达剖面进行了地形改正。断面两端为海水，由于海水导电率高，电磁波能量耗散厉害，无有效反射信号。但在堤身部分，填石底面反射明显，在剖面16m处钻孔位置，显示深度为

（4）地震映像检测结果

本次增加的地震映像检测试验，同样采用吉林大学生产的GeoPenMiniSeis24型多功能地震仪，配备了地震映像专用电缆和检波器接收反射波，点距1m，偏移距5m，用人工敲击震源。图5所示为处理后的地震映像纵断面，填石底面反射同相

13.10m，有约0.5m厚的残留淤泥层。

水平位置/m

3.3检测试验总结

在上述两个项目中，分别采用钻探、探地雷达、面波和地震映像四种检测方法进行了检测对比试验，得到了很好的检测试验效果。通过对试验过程和试验结果的分析，发现每种方法的优点

淤泥

高程/m填石

和缺点。

（1）钻探检测方法优点是直观可靠，缺点是检测面小，检测进度慢，检测费用高，如果采用冲击钻，得出的填石厚度会失真。

（2）探地雷达的优点是探测速度快，野外作业灵活，可作全断面检测，探测分辨率高，本次试验可以分辨出厚度小于0.5m的残留淤泥。缺点是不能判断介质的绝对性质，容易引起误判，需要钻探等直观的地质资料作参考。

（3）地震映像方法可以清晰地探测填石的底界面，从试验测得的数据分析，可以探测很深的深度（可达100m），在探地雷达不能达到的深度

持力层

图6深圳机场海堤探地雷达检测剖面

（3）地震映像检测结果

如图7所示为处理后的地震映像纵断面，填石底面反射同相轴非常清晰，但不能分辨混合层厚度。剖面70m处经过上述钻孔，地震映像显示深度为12.77m。

水平距离/m

时间/ms内可以作为很好的替代，但分辨率比探地雷达略逊，不能分辨出混合层和残留淤泥的厚度，也不适合作横断面检测。

（4）面波检测的优点是可以通过测得的介质

图7深圳机场海堤地震映像检测剖面

（4）面波检测结果

本次增加的面波检测试验，同样采用了吉林大学生产的GeoPenMiniSeis24型多功能地震仪，配备了12道4.5Hz低频面波检波器接收面波，道间距1m，偏移距7m，人工敲击作为震源。图8所示为通过钻孔处的面波检测结果，反演结果显示填石厚度为12.80m，填石层面波速度为268.7m/s，但未能分辨出混合层和残留淤泥的厚度。

面波原始记录

的面波速度计算出介质的其它物理力学参数。面波检测还可以代替一些钻孔。缺点是施工时要避开汽车等震动干扰，要求场地较开阔，分辨率较低，不能分辨出混合层和残留淤泥的厚度。

综合上述四种方法的优缺点，对不同条件下不同深度爆破挤淤海堤的检测，特别是竣工和计量检测，可按下述组合标准进行：

（1）每200m布置一钻孔。

（2）每50m布置一探地雷达横断面，点距

0.5m。

（3）每50m布置一面波检测点。

（4）沿纵向布置2条探地雷达剖面，点距1m。（5）沿纵向布置1条地震映像剖面，点距2m。

4结语

（1）钻探检测法、探地雷达检测法、面波检测法和地震映像检测法都可以用于爆破挤淤海堤的检测，但各有优缺点。

图8深圳机场海堤面波检测结果

（2）单独使用某一种方法对海堤进行检测，

第37卷2009年第5期广州建筑GUANGZHOUARCHITECTUREVol．37No．5，2009

水上钻探的若干技术问题

谢小荣

（广州市城市规划勘测设计研究院，广州510060）

摘

要：水上钻探与陆地钻探差异较大，受水位、流速、潮水及风浪等因素影响大。本文结合工程实例

对水上钻探中的钻探场类型的选择、孔位及标高的测定及钻进方法的选取进行了深入分析，取得了满意的效果。

关键词：水上钻探；钻探场；钻孔

SomeProblemoftheWaterDrillingTechnology

XIEXiao-rong

（GuangzhouUrbanPlanning&DesignSurveyResearchInstitute,Guangzhou510060）

Abstract：Drillinginthewaterareaisdifferentintheland,isaffectedbythewaterlevel,velocity,windandwaves,ansoon.Inthispaper,theauthoranalysesthechoiceofthedrillingsite,thecorrectdeterminationofboreandelevation,andthereasonabledrillingway,andgainsthecontentresults.Keywords：waterdrilling；drillingsite；boring

1引言

水上钻探与陆上钻探差异较大，工作程序多，影响因素多，施工前必须充分收集相关资料。水上钻探受水位、流速、季节、气象、风浪、潮水、

地质等自然条件的影响。充足的资料是选择钻探场地种类、钻探方法等的重要依据。在通航江河上钻探，开工前还必须与航运、航务、水上公安部门联系，共同研究维护航行和钻探安全问题，

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!可能会存在很大误差甚至对结果产生误判，如能将上述四种检测方法结合起来使用，形成一套综合检测方法，就能得到很好的检测效果。

（3）实际工程表明，按本文推荐的综合检测组合，能有效地进行竣工检测和计量检测。

参考文献

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[3]乔继延，丁桦，郑哲敏.爆炸排淤填石法机理研究[J].

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