爆夯結(jié)合重錘夯實(shí)工藝處理復(fù)雜碼頭基礎(chǔ)施工工藝

■匡 磊 ■中交一航局第二工程有限公司，山東 青島 266071

碼頭基礎(chǔ)處理是整座碼頭設(shè)計(jì)和施工中必不可少的一環(huán)，當(dāng)?shù)鼗鶙l件復(fù)雜或者惡劣時(shí)，基礎(chǔ)工程經(jīng)常會(huì)成為工程中的難點(diǎn)和首先需要解決的問(wèn)題。地質(zhì)的復(fù)雜性、勘測(cè)工作的有限性等原因，使基礎(chǔ)工程問(wèn)題又往往成為工程師感到最難把握的問(wèn)題。一旦處理不當(dāng)，就會(huì)造成碼頭過(guò)大的不均勻沉降，產(chǎn)生難以修復(fù)的質(zhì)量問(wèn)題。

1 工程概況、自然條件及特點(diǎn)

1.1 工程概況

西霞口碼頭工程，位于威海市西霞口村馬蘭灣，包括防波堤兼碼頭工程和順岸碼頭工程，成“L”型(見(jiàn)附圖一)。防波堤兼碼頭總長(zhǎng)為534m，其中72m 為重力式沉箱結(jié)構(gòu)，462m 為重力式方塊結(jié)構(gòu)，碼頭前沿水深分為-10.35m、-7.35m。順岸碼頭總長(zhǎng)295m，為重力式方塊結(jié)構(gòu)，碼頭前沿水深分為-9m、-6m。

1.2 工程地質(zhì)情況

本工程巖土層可分為9 層，自上而下依次為:第①層—淤泥，厚0.2～12.2m，鉆遇層頂標(biāo)高為-1.5～-11.9m，層底標(biāo)高為-1.7～-21.6m;第②層—中細(xì)砂，厚0.5～2.6m，鉆遇層頂標(biāo)高為-5.3～21.6m，層底標(biāo)高為-6.5～23.5m;第③層—中粗砂，厚0.4～0.9m，鉆遇層頂標(biāo)高為-8.0～-13.4m，層底標(biāo)高為-8.4～-13.9m;第④層—粉質(zhì)粘土，厚1.1～1.9m，鉆遇層頂標(biāo)高為-20.6～-23.5m，層底標(biāo)高為-22.0～-25.4m;第⑤層—粉土，厚2.8m，鉆遇層頂標(biāo)高為-22.9m，層底標(biāo)高為-25.7m;第⑥層—礫石混砂(防波堤?hào)|北角處以中砂為主，含較多卵石)，厚0.5～6.6m，鉆遇層頂標(biāo)高為-7.2～-25.7m，層底標(biāo)高為-7.8～-31.0m;第⑦層—礫(砂)質(zhì)粘性土，厚0.5～1.3m，鉆遇層頂標(biāo)高為-11.15～-14.5m，層底標(biāo)高為-12.45～-15.0m;第⑧層強(qiáng)風(fēng)化基巖，厚0.5～3.1m，鉆遇層頂標(biāo)高-1.7～-31.0m，鉆遇層底標(biāo)高-4.5～-31.2m;第⑨層—中風(fēng)化基巖，局部出露于海底，此層未見(jiàn)底，鉆遇層頂標(biāo)高-2.4～-20.2m。

1.3 本工程特點(diǎn)及難點(diǎn)

設(shè)計(jì)要求基床開(kāi)挖至風(fēng)化巖或砂石混砂層，這兩個(gè)碼頭地質(zhì)條件十分復(fù)雜，其中防波堤兼碼頭基礎(chǔ)最復(fù)雜(見(jiàn)附圖二)，有的部位淤泥層開(kāi)挖厚度達(dá)10m，有的部位需要炸礁，碼頭的設(shè)計(jì)前沿水深也不同，造成碼頭基床十分復(fù)雜，拋石厚度從7.4m 到0.5m 不等。本文技術(shù)參數(shù)取防波堤數(shù)據(jù)論述。

方案比選:目前碼頭基礎(chǔ)夯實(shí)主要為重錘夯實(shí)和爆炸夯實(shí)。針對(duì)本工程的情況，若使用重錘夯實(shí)，夯實(shí)面積大，分層次數(shù)多，船舶交叉作業(yè)頻繁，不利于進(jìn)度、質(zhì)量和安全控制;若使用爆炸夯實(shí)，其中有84m長(zhǎng)的基床厚度不足1m，不適用爆炸夯實(shí)。

2 施工總體安排

施工總體安排確定如下:(1)厚度小于2m 基床采用重錘夯實(shí)工藝;(2)厚度大于2m 基床采取爆炸夯實(shí)結(jié)合重錘夯實(shí)工藝;(3)根據(jù)基床厚度分段預(yù)留沉降量。

3 工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 方案原理

基床重錘夯實(shí)為常規(guī)工藝，由起重機(jī)將特制的夯錘提升到一定高度后，自由下落;重復(fù)夯擊基床表面，使基床受到壓密加固，消除或減少其壓縮沉降。因是海上作業(yè)，需用船載起重機(jī)進(jìn)行施工。

爆炸夯實(shí)原理:懸浮在基床頂面的藥包在水中爆炸時(shí)釋放出巨大的能量，藥包周?chē)乃苯邮艿礁邷氐?、高壓爆炸沖擊波的作用，強(qiáng)烈的壓縮藥包周?chē)乃橘|(zhì)，使其壓力、密度突然升高，形成強(qiáng)烈的沖擊波，即沖擊荷載。沖擊荷載以壓力的形式作用于拋石基床，并伴隨低振效應(yīng)，兩種作用均使塊石產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)，相互壓縮、填充并減少空隙，從而達(dá)到基床密實(shí)。沖擊荷載和振動(dòng)作用產(chǎn)生的夯實(shí)效果同單個(gè)藥包的質(zhì)量、藥包的分布密度、藥包的懸掛高度、爆夯遍數(shù)、基礎(chǔ)厚度、地基持力層土質(zhì)等因素有關(guān)。

分段預(yù)留沉降量，根據(jù)挖泥炸礁后基槽標(biāo)高，沿碼頭長(zhǎng)度方向結(jié)合碼頭段長(zhǎng)，分段預(yù)留沉降量，基床拋石層厚的、重錘夯實(shí)的部位預(yù)留量大，基床拋石層薄的預(yù)留量小。

3.2 相關(guān)計(jì)算、技術(shù)參數(shù)及施工參數(shù)的確定

(1)采用4t 夯錘，落距3m。按兩遍八夯次控制，視情況再增加一遍四夯次。

(2)爆夯參數(shù)確定:根據(jù)《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》(JTS204-2008)

①藥包藥重Q.按如下公式計(jì)算:Q=q×s×h ×η/n。式中:q—爆夯單耗，Kg/m3，規(guī)范要求:4.0～5.5Kg/m3，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取5.0Kg/m3;s—單藥包夯實(shí)基床表面積(m2);h—分層厚度(m);η—夯實(shí)率，本工程暫取12%;n—爆夯遍數(shù)取3。Q—單藥包重量(kg)。各分段布藥存有差異，具體參數(shù)見(jiàn)表1。

表1

②懸掛高度h2?？紤]水的隔離和配重物的影響效果，藥包懸掛高度不宜過(guò)大，取藥包半徑的1/3≤h2≤(0.35～0.4)Q1/3，本工程懸掛高度為60cm 左右。

③布藥網(wǎng)格。為使爆夯作用均勻，爆后基床平整，藥包平面布置采用正方形網(wǎng)格布置，一層中的第二次布藥位置在垂直軸線上與第一次布藥位置均等差開(kāi)，藥包平面布置示意圖見(jiàn)圖1。

圖1

(3)分段預(yù)留沉降量?！吨亓κ酱a頭設(shè)計(jì)與施工規(guī)范(JTS 167-2-2009)》中2.3.14 條，《港口工程地基規(guī)范(JT250-98)》中6.1.1及6.1.5 條均無(wú)明確的數(shù)據(jù)參考，根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合施工區(qū)的地質(zhì)條件，預(yù)留沉降量根據(jù)基床厚度而定，重錘夯實(shí)部位按5%～7%，爆炸夯實(shí)部位1.5%～3%，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2

3.3 工藝流程

(1)整體施工流程 (見(jiàn)圖2)

圖2

(2)施工工藝。重錘夯實(shí)施工工藝為常規(guī)工藝，在此不做論述。主要論述爆炸夯實(shí)工藝:

①爆夯分段進(jìn)行，每段長(zhǎng)度按不大于50 米控制。根據(jù)爆夯分段，測(cè)量爆夯前拋石標(biāo)高，并計(jì)算平均標(biāo)高，為計(jì)算夯沉量做好準(zhǔn)備。

②炸藥的選取:在水下爆破作業(yè)時(shí)，必需考慮炸藥主要性能有:炸藥的起爆感度;炸藥抗水性能及炸藥的威力。本工程選用防水乳化炸藥。

③藥包制作:按設(shè)計(jì)要求的藥包質(zhì)量稱(chēng)取乳化炸藥，并取一段1.5m 的導(dǎo)爆索，按12cm 一段折起，用膠布扎緊塞入藥包中。然后將炸藥連同導(dǎo)爆索一起放入編織袋中，扎緊袋口，留50---60cm 導(dǎo)爆索作為起爆網(wǎng)絡(luò)用。為了保證藥包能懸浮，在每個(gè)藥包中放一定數(shù)量的泡沫或空礦泉水瓶。

④本工程主要采用非電塑料導(dǎo)爆管雷管傳爆網(wǎng)絡(luò)和毫秒微差爆破技術(shù)。為保證深水條件下的爆夯安全準(zhǔn)爆，起爆系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)為:選用高能導(dǎo)爆索或普通導(dǎo)爆索雙線起爆藥包，電雷管起爆主導(dǎo)爆索，雷管腳線與起爆線相連，起爆線引至起爆器的起爆網(wǎng)絡(luò)。具體見(jiàn)圖3。

⑤測(cè)量控制。垂直于碼頭前沿線方向，采用全站儀定軸線，布藥方駁上設(shè)置測(cè)量繩，根據(jù)布藥間距，提前在測(cè)量繩上設(shè)置布藥控制點(diǎn)，布藥時(shí)測(cè)量繩的位置根據(jù)全站儀軸線位置進(jìn)行調(diào)整，對(duì)中后，根據(jù)測(cè)量繩上的布藥控制點(diǎn)布藥。沿碼頭長(zhǎng)度方向，通過(guò)方駁錨機(jī)絞纜移船，全站儀控制定位。

⑥布藥工藝:考慮到布藥寬度及每天引爆頻率高的特點(diǎn)，采用自航方駁作為布藥船，采用線形方式布藥。主要布藥工藝流程如下:a.船上制作藥包，加入配重體，按爆夯參數(shù)將藥包置于船邊;b.按實(shí)測(cè)水深在藥包上捆扎藥包繩索，準(zhǔn)備漂浮物備用;c.在船上按設(shè)計(jì)間距用導(dǎo)爆索將一排藥包聯(lián)接好，并將控制繩索放置好備用;d.施工船在爆區(qū)定位，用全站儀和測(cè)繩定出藥包的位置;到位后人工沿船邊放入藥包至基床表面時(shí)，拉脫藥包引繩;一次放置一排，然后移動(dòng)布藥船放置第二段藥包。以此循環(huán)作業(yè)，直至完成布藥施工。施工船撤離爆區(qū)至安全位置。

圖3

⑦基床爆夯完成后，先測(cè)夯后基床標(biāo)高，計(jì)算出夯沉量，夯沉量達(dá)到要求12%的要求后，對(duì)基床進(jìn)行補(bǔ)拋找平，再進(jìn)行基床重錘夯實(shí)，初步定為一遍四夯次。重夯后按《水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) JTS257-2008》進(jìn)行復(fù)夯驗(yàn)收，若達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，再增加一遍四夯次后驗(yàn)收，直至驗(yàn)收合格。

⑧基床整平采用常規(guī)工藝，沉箱部位基床整平進(jìn)行細(xì)平，方塊部位基床整平分細(xì)平、極細(xì)平兩步。分段施工，根據(jù)預(yù)留量的不同計(jì)算出每段的整平標(biāo)高。

3.4 工藝實(shí)施效果

本施工工藝自2009 年6 月18 日開(kāi)始實(shí)施，目前碼頭已經(jīng)竣工。工程實(shí)施效果良好。面對(duì)復(fù)雜的地質(zhì)條件，采取重錘夯實(shí)和爆炸夯實(shí)兩種工藝結(jié)合，在預(yù)留沉降量方面根據(jù)基床厚度進(jìn)行分段。碼頭胸墻澆注目前基本完成，根據(jù)目前的觀測(cè)，碼頭沉降位移均勻，觀感良好。

4 實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)及改進(jìn)措施

(1)爆夯會(huì)產(chǎn)生拋石基床個(gè)別部位隆起，形成高點(diǎn)很難處理。解決辦法為:一是拋石頂標(biāo)高按設(shè)計(jì)標(biāo)高控制，爆夯完后補(bǔ)拋;二是減小單藥包重量，適當(dāng)縮小藥包間距，增加藥包個(gè)數(shù)。三是在保證總用藥量不變的前提下，增加第一遍單藥包重量，減小第三遍單藥包重量。

(2)爆夯施工進(jìn)度非?？欤瑨伿┕こ蔀橹萍s工程進(jìn)度的關(guān)鍵，施工時(shí)應(yīng)該主要控制拋石進(jìn)度。

(3)根據(jù)本工程施工情況，爆夯部分的基床密實(shí)效果遠(yuǎn)比重錘夯實(shí)的要好。

5 效益評(píng)估

爆炸夯實(shí)結(jié)合重錘夯實(shí)工藝處理基床，再加上分段預(yù)留碼頭沉降量，保證了碼頭的質(zhì)量。以西霞口防波堤兼碼頭工程為例:

單純采用爆夯法，爆夯的基床長(zhǎng)度為430m，，爆夯的施工效率大約50m/天，共需要8.6 天即可完成爆夯部位施工。但剩余84m 長(zhǎng)基床基床厚度小于1m，不適合采用爆夯，從工藝上來(lái)說(shuō)不可行。

單純采用重錘夯實(shí)法，大部分基床需要分層夯實(shí)，夯實(shí)的總面積23000m2，夯實(shí)施工效率大約500m2/天，需要46 天完成，質(zhì)量控制困難。

爆夯法結(jié)合重錘夯實(shí)法，爆夯部位需要8.6 天，重錘夯實(shí)部位面積為5500m2，需要11 天完成，共計(jì)需要8.6 +11=19.6 天完成。質(zhì)量容易保證。

表3 成本比較

6 結(jié)語(yǔ)

重錘夯實(shí)、爆炸夯實(shí)均為常規(guī)的施工工藝，在實(shí)際施工中兩者有機(jī)的結(jié)合能起到非常好的效果。以此類(lèi)推，其他施工工藝在探索新技術(shù)的同時(shí)，有效把握成熟的常規(guī)工藝要點(diǎn)，加以整合，施工中靈活運(yùn)用，在進(jìn)度、質(zhì)量、成本等方面也會(huì)有很好的成效。

［1］中華人民共和國(guó)交通部.水運(yùn)工程質(zhì)量檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn) JTS257-2008.

［2］中華人民共和國(guó)交通部.水運(yùn)工程施工安全防護(hù)技術(shù)規(guī)程 JTS205-1-2008.