灌注樁式碼頭水下疏浚爆破問(wèn)題研究
2013-07-05 05:27:52周硯
周硯
【摘 要】某碼頭為典型的灌注樁式多層框架結(jié)構(gòu)，本文分析了該碼頭在水下爆破振動(dòng)激勵(lì)下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性和爆破施工的具體控制措施。為碼頭建筑物爆破振動(dòng)安全評(píng)價(jià)和優(yōu)化爆破施工參數(shù)及工藝提供依據(jù)。
【關(guān)鍵詞】水下爆破；爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)；灌注樁式碼頭
0.概述
某碼頭距離岸邊100多m。為滿足大噸位船舶的?？考按a頭的正常運(yùn)行，需要進(jìn)行水下疏浚爆破，爆破開(kāi)挖的巖石方量約為3000m3。該專用碼頭為灌注樁式高層框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)抗震烈度為6級(jí)。水下疏浚爆破區(qū)域距離碼頭建筑物及主要設(shè)備（卸料機(jī)）較近，開(kāi)挖邊線最近處離碼頭前沿僅3.0m。施工采用鉆爆法開(kāi)挖，液壓抓斗水下出渣。通過(guò)水上作業(yè)船（駁）及鉆孔平臺(tái)配以導(dǎo)管穿過(guò)水層對(duì)巖石進(jìn)行鉆孔，孔徑為90mm。采用抗水性較好的2#巖石乳化炸藥，裝藥結(jié)構(gòu)為不耦合連續(xù)裝藥（藥卷直徑為70mm），單孔藥量為5）10kg。工程具有特殊而敏感的施工環(huán)境，水下爆破誘發(fā)的爆破振動(dòng)和水下沖擊波對(duì)碼頭建筑物及設(shè)備的安全影響問(wèn)題成為工程重點(diǎn)關(guān)注的難題，因而在爆破施工中實(shí)施了爆破振動(dòng)安全監(jiān)測(cè)。通過(guò)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，達(dá)到了科學(xué)評(píng)定碼頭爆破振動(dòng)安全影響的目的，并在有關(guān)監(jiān)測(cè)成果分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了水下疏浚爆破鉆爆參數(shù)的合理調(diào)整和施工工藝的優(yōu)化。
1.爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)方案及控制指標(biāo)
1.1監(jiān)測(cè)物理參量及儀器系統(tǒng)
爆破振動(dòng)對(duì)建筑物的安全是否構(gòu)成影響，與爆破振動(dòng)強(qiáng)度及振動(dòng)頻率密切相關(guān)。反映爆破振動(dòng)強(qiáng)度的物理量分別有質(zhì)點(diǎn)位移（S，mm）、質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度（V，cm/s）和質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)加速度（a，cm/s2）。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度（V）相對(duì)能夠較好地反映建筑物的爆破振動(dòng)特點(diǎn)，其傳播也較有規(guī)律，特別是通過(guò)國(guó)內(nèi)外工程界多年以來(lái)的大量工程實(shí)踐和總結(jié)，形成了一系列可供參考的建筑物爆破振動(dòng)速度安全控制標(biāo)準(zhǔn)，以及一整套成熟且便于操作和分析的現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)方法，為利用質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)和控制提供了依據(jù)。故而選取質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度作為振動(dòng)監(jiān)測(cè)的物理參量?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)采用的儀器系統(tǒng)由振動(dòng)傳感器、信號(hào)采集與記錄設(shè)備、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3部分組成。振速傳感器有2種型號(hào)：CDJ-28P和CDJ-10P型振速傳感器（可測(cè)水平方向的振速），CDJ-28Z和CDJ-10Z型振速傳感器（可測(cè)豎直向振速）。記錄儀器為T(mén)OPBOX-508振動(dòng)信號(hào)自記儀。波形顯示處理設(shè)備為裝有爆破振動(dòng)分析軟件（TOPVIEW2000）的計(jì)算機(jī)。
1.2監(jiān)測(cè)方案及測(cè)點(diǎn)布置
根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境及爆破施工方案，爆破振動(dòng)安全監(jiān)測(cè)工作主要分為2個(gè)階段：前期結(jié)合生產(chǎn)性爆破試驗(yàn)的爆破振動(dòng)觀測(cè)和施工期爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)。（1）結(jié)合生產(chǎn)性試驗(yàn)進(jìn)行爆破振動(dòng)觀測(cè)，了解水下疏浚爆破開(kāi)挖時(shí)爆破振動(dòng)規(guī)律及碼頭結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性，為制定施工方案及參數(shù)提供依據(jù)。并根據(jù)碼頭結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特點(diǎn)，提出爆破安全振動(dòng)速度控制指標(biāo)。（2）在水下疏浚爆破施工過(guò)程中，針對(duì)典型爆源進(jìn)行爆破振動(dòng)的跟蹤監(jiān)測(cè)，根據(jù)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果，及時(shí)調(diào)整和優(yōu)化相應(yīng)開(kāi)挖部位的爆破方案和參數(shù)，并提供碼頭爆破振動(dòng)安全評(píng)定的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。（3）建筑結(jié)構(gòu)的爆破振動(dòng)強(qiáng)度是由結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度和結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)特性綜合反映的，相關(guān)規(guī)范提出的控制指標(biāo)一般是指結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度?？紤]本碼頭結(jié)構(gòu)的特殊性，無(wú)法取得地面（水下）監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，故爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)主要布置于系纜墩、靠船裝卸平臺(tái)及卸料機(jī)等部位。一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均同時(shí)布置垂直向和水平徑向振動(dòng)傳感器。
1.3振動(dòng)控制指標(biāo)
在國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中并無(wú)對(duì)灌注樁式碼頭質(zhì)點(diǎn)安全振動(dòng)速度的明確規(guī)定，也無(wú)類似工程參考。
GB67221-2003《爆破安全規(guī)程》規(guī)定：對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋，在振動(dòng)頻率10-50Hz時(shí)，安全允許振速為3.5-4.5cm/s；交通部JTJ286-90《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，重力式碼頭的安全振動(dòng)速度為5-8cm/s；在《工程爆破理論與技術(shù)》中提出建筑物抗震烈度與相應(yīng)地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度的關(guān)系為：抗震烈度為6o時(shí)，允許地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度為3-5cm/s。
參考該碼頭設(shè)計(jì)抗震烈度為6o的標(biāo)準(zhǔn)，在綜合考慮以上相關(guān)規(guī)范及有關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，擬定本工程灌注樁式碼頭爆破安全振動(dòng)速度[V]=3-5cm/s。在碼頭靠船裝卸平臺(tái)處進(jìn)行監(jiān)測(cè)并以該處監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)作為安全評(píng)定時(shí)，參考爆破振動(dòng)傳播特性和實(shí)測(cè)高程放大效應(yīng)，按安全保守取值（放大系數(shù)1.5），確定碼頭平臺(tái)的爆破質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度控制指標(biāo)為[V]=4.5-7.5cm/s。
2.監(jiān)測(cè)成果及分析
2.1監(jiān)測(cè)成果
針對(duì)本水下疏浚爆破開(kāi)挖工程，共進(jìn)行了9場(chǎng)次的爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)。從監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，由于對(duì)爆破規(guī)模和最大單響藥量進(jìn)行了嚴(yán)格控制，并采取合理的微差起爆網(wǎng)路，在水下疏浚施工爆破中，碼頭靠船裝卸平臺(tái)處的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度基本都控制在允許指標(biāo)內(nèi)。另外，在卸料機(jī)處實(shí)測(cè)的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度均小于1.0cm/s。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)說(shuō)明，本水下疏浚爆破工程未對(duì)碼頭建筑物和主要設(shè)備造成不利的振動(dòng)影響。
2.2關(guān)于單響藥量及微差間隔時(shí)間
在結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)及參考爆破振動(dòng)安全監(jiān)測(cè)成果的基礎(chǔ)上，對(duì)爆破施工提出如下要求：對(duì)各施工區(qū)域的爆破參數(shù)實(shí)行分區(qū)控制，距碼頭前沿6m以外的區(qū)域，單孔單段藥量控制在6-10kg，孔間延期在50ms以上；距碼頭前沿6m以內(nèi)的區(qū)域，單段藥量應(yīng)控制在4.5-6kg以內(nèi)，接近裝卸平臺(tái)的開(kāi)挖輪廓邊緣取小值，孔間延期也應(yīng)確保在50ms以上。
2.3碼頭結(jié)構(gòu)響應(yīng)特點(diǎn)分析
通過(guò)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析，碼頭結(jié)構(gòu)在水下疏浚爆破振動(dòng)激勵(lì)下有如下特點(diǎn)：
（1）碼頭高層框架結(jié)構(gòu)對(duì)振動(dòng)具有一定的高程放大效應(yīng)。在系纜墩不同高程處布置的測(cè)點(diǎn)所測(cè)的數(shù)據(jù)可以明顯地反映出這一放大效應(yīng)。在某次監(jiān)測(cè)中，上部測(cè)點(diǎn)垂直方向峰值振動(dòng)速度為5.51cm/s，下部測(cè)點(diǎn)垂直方向峰值振動(dòng)速度為2.79cm/s；另一次監(jiān)測(cè)中，其上部測(cè)點(diǎn)垂直方向峰值振動(dòng)速度為2.68cm/s，下部測(cè)點(diǎn)垂直方向峰值振動(dòng)速度為1.79cm/s，上、下兩測(cè)點(diǎn)的高差為6.7m。實(shí)際的放大系數(shù)對(duì)于科學(xué)評(píng)定爆破振動(dòng)安全和合理優(yōu)化爆破參數(shù)具有參考意義。
（2）框架結(jié)構(gòu)的濾波特性。根據(jù)以往的爆破振動(dòng)研究，單響藥量小且規(guī)模小的爆破所誘發(fā)的振動(dòng)頻譜較寬，且能量主要集中在高頻部分。對(duì)在碼頭結(jié)構(gòu)上監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻譜分析，爆破振動(dòng)的主頻集中在20）50Hz，且頻段較窄，而此類框架結(jié)構(gòu)的自振頻率恰好也在20Hz左右，可以推斷此框架結(jié)構(gòu)僅對(duì)頻率在其自振頻率附近的振動(dòng)產(chǎn)生了響應(yīng)，而將與其自振頻率相差較大的振動(dòng)濾掉。
3.結(jié)論
通過(guò)水下疏浚爆破的振動(dòng)監(jiān)測(cè)，有如下幾點(diǎn)結(jié)論：（1）針對(duì)水下疏浚爆破施工進(jìn)行的爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，對(duì)爆破施工實(shí)現(xiàn)了有效的安全監(jiān)控。（2）水下爆破工程要取得碼頭結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地面質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度往往十分困難。本工程采用碼頭平臺(tái)實(shí)測(cè)值及相關(guān)安全控制指標(biāo)的處理，證明是一種合理且可操作的方法，對(duì)類似工程有參考借鑒作用。（3）多層框架結(jié)構(gòu)的碼頭建筑物存在一定的高程放大效應(yīng)。根據(jù)本工程監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和爆破振動(dòng)影響的分析，采用了振動(dòng)速度控制標(biāo)準(zhǔn)[V]=4.5-7.5cm/s，對(duì)保證碼頭的爆破振動(dòng)安全和水下疏浚爆破工程的正常施工都是恰當(dāng)?shù)摹?/p>
【參考文獻(xiàn)】
[1]GB6722-2003爆破安全規(guī)程[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.
