爆破夯實(shí)技術(shù)在水下超厚拋石基床的應(yīng)用

■黃兆琦

(中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司，廈門　361000)

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爆破夯實(shí)技術(shù)在水下超厚拋石基床的應(yīng)用

■黃兆琦

(中交第三航務(wù)工程局有限公司廈門分公司，廈門361000)

摘要本文以福州港平潭港區(qū)金井作業(yè)區(qū)2#～5#泊位工程為例，介紹爆破夯實(shí)在水下超厚基床的施工應(yīng)用及取得的成效，為爆夯技術(shù)在水下超厚基床的推廣應(yīng)用積累經(jīng)驗(yàn)。

關(guān)鍵詞爆破夯實(shí)水下超厚基床沉降應(yīng)用

1　工程概況

金井碼頭位于平潭島西南部北厝鎮(zhèn)吉釣村前方海域，2#泊位建設(shè)20000GT客貨滾裝泊位1個(gè)，岸線長(zhǎng)度206.31m，3#泊位建設(shè)50000DWT多用途泊位1個(gè)，預(yù)留遠(yuǎn)期發(fā)展為150000GT國(guó)際油輪泊位，岸線長(zhǎng)度384m，4#、5#泊位建設(shè)5萬噸級(jí)多用途泊位2個(gè)，岸線長(zhǎng)度661m，2#泊位與3#～5#泊位碼頭前沿線呈110°夾角，碼頭基礎(chǔ)為拋石基床，上部為重力式沉箱結(jié)構(gòu)，拋石基床頂面寬24.8m(其中2#泊位頂面寬20.35 m)，碼頭前沿基床爆夯總長(zhǎng)為(含延伸段)1339.69m，碼頭后沿基床爆夯總長(zhǎng)為(含延伸段)1301.1m，碼頭基床由10～500kg塊石拋填而成，頂標(biāo)高為-15.4m(其中2#泊位頂標(biāo)高-11.4m)，底標(biāo)高-51.6～-38.5m，基床拋石厚度23.1～38.7m。

金井碼頭結(jié)構(gòu)斷面圖見圖1:

2　工程特點(diǎn)與難點(diǎn)

本工程水下基床拋石厚度大，最大厚度為38.7m；基床拋石分層多，最厚處分5層拋填，每層均需夯實(shí)，夯實(shí)工程量大；基床夯實(shí)作業(yè)的水深，最深處-43.6m；工期緊張，總造價(jià)8.7億的四個(gè)泊位項(xiàng)目總工期為3年，分解到基床拋石、夯實(shí)、整平的時(shí)間僅有10個(gè)月的時(shí)間。

3　爆夯設(shè)計(jì)

3.1爆夯機(jī)理

基床爆夯的機(jī)理是將設(shè)計(jì)的藥包按照一定的網(wǎng)格參數(shù)布置在塊石基床的表面或懸浮在其上部，藥包在一定覆蓋水深條件下起爆后釋放出的巨大能量使藥包周圍的水直接受到高溫、高壓沖擊波的作用，強(qiáng)烈的壓縮藥包周圍的水介質(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，并伴隨地震效應(yīng)和氣泡脈動(dòng)，爆炸產(chǎn)生的多種有效動(dòng)荷載作用于基床塊石上，使塊石發(fā)生擠壓和錯(cuò)位并重新排列，最終減少塊石空隙率，提高了基床密實(shí)度，達(dá)到了避免基礎(chǔ)受上部荷載作用下的不均勻沉降和減少沉降量的目的。

爆夯效果同單個(gè)藥包的重量、藥包的分布密度、藥包的懸浮高度、爆夯遍數(shù)、基礎(chǔ)厚度、基床塊石的級(jí)配、地基持力層土質(zhì)及基槽邊坡土質(zhì)等因素有關(guān)。

3.2基床拋石、爆夯分層控制

根據(jù)《爆炸法處理水下地基和基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》(JTJ/T258-98)的規(guī)定：基床爆夯分層厚度不宜大于12m的要求，在基床拋石厚度≤12m時(shí)可不分層；＞12m時(shí)須分層。本工程基床拋石分2#與3#～5#泊位兩部分，分別按以下標(biāo)高控制。

(1)2#泊位基床分層控制：第一層拋石爆夯控制標(biāo)高為-36.4m；第二層拋石爆夯控制標(biāo)高為-26.4m；第三層拋石爆夯控制標(biāo)高為-18.4m；第四層按設(shè)計(jì)基床頂標(biāo)高結(jié)合預(yù)留沉降量。

(2)3#～5#泊位基床分層控制:第一層拋石爆夯控制標(biāo)高為-40.4m；第二層拋石爆夯控制標(biāo)高為-30.4m；第三層拋石爆夯控制標(biāo)高為-22.4m；第四層按設(shè)計(jì)基床頂標(biāo)高結(jié)合預(yù)留沉降量。

(3)2#泊位與3#泊位交界段基床拋填控制:因本項(xiàng)目2#泊位與3#泊位基床頂標(biāo)高高差4 m，在2#泊位第四層拋填施工中預(yù)留放坡長(zhǎng)度，待3#泊位沉箱安裝后補(bǔ)拋該倒三角形區(qū)域塊石，并采用錘夯補(bǔ)夯。

基床拋石頂面平整度必須滿足規(guī)范要求，局部高差不大于50cm。

3.3爆夯參數(shù)設(shè)計(jì)

基床密實(shí)效果主要包含爆后平整度和夯實(shí)率。除與基床拋填平整狀況和塊石級(jí)配有關(guān)外，主要取決于布藥位置的準(zhǔn)確性、布置網(wǎng)絡(luò)和爆炸有效荷載情況(覆蓋水深度、藥量大小與爆夯的次數(shù))。

根據(jù)《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》(JTS204-2008)結(jié)合爆夯經(jīng)驗(yàn)采用公式并進(jìn)行計(jì)算。

單藥包藥量Q：Q=q0×a×b×H×η/n

式中,Q——單藥包藥量(kg)；

q0——爆夯單耗(kg/m3)，根據(jù)規(guī)程，綜合本工程的實(shí)際情況，本工程取4kg/m3；

a——藥包間距(m)，本工程取4m；

b——藥包排距(m)，本工程取4m；

H——爆夯前石層平均厚度(m)；

η——夯實(shí)率，本工程設(shè)計(jì)要求平均夯實(shí)率不低于15％；

n——爆夯遍數(shù)，本工程取3遍。

隨每層基床拋石厚度的不同，爆夯單包藥量在20kg至33kg之間。單包藥量確定后，一次起爆總藥量與一次布藥的范圍有關(guān)，范圍越大，總藥量就越大，夯沉效果也越明顯。在滿足安全距離的前提下，一次布藥范圍應(yīng)盡量大，本工程水下爆夯考慮到港區(qū)周邊建筑物，確定每次起爆總藥量不超過1000kg。

爆夯遍數(shù)n：分遍爆破夯實(shí)能充分利用爆能，減少對(duì)周圍環(huán)境的影響，并使藥量分布均勻，基床夯實(shí)效果更好。每夯一次，基床拋石體就會(huì)重新組合形成一種暫時(shí)穩(wěn)定的骨架狀態(tài)，達(dá)到一定夯次后，拋石體處于最穩(wěn)固狀態(tài)，但夯過多反而會(huì)破壞這種穩(wěn)固狀態(tài)，影響夯實(shí)效果。對(duì)于無前期預(yù)壓密實(shí)的拋石體可取3～4遍，對(duì)于有前期預(yù)壓密實(shí)的拋石體可取2～3遍，因此本工程取爆夯遍數(shù)為3遍。

懸掛高度h2根據(jù)最新規(guī)范，懸高控制范圍為：h≤(0.35～0.5)Q1/3。同時(shí)考慮爆后石面平整度的要求，本工程藥包懸高取在石層上方50cm處。

4　施工工藝特點(diǎn)及其處理的方法

4.1工藝流程

施工工藝流程如圖2所示。

4.2火工用品的選取

在水下爆破作業(yè)時(shí)，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。導(dǎo)爆索應(yīng)采用塑料導(dǎo)爆索，要求具備抗水性能。根據(jù)已有的施工經(jīng)驗(yàn),炸藥擬選用2#巖石乳化炸藥，具體要求見表1：

表1　炸藥的性能指標(biāo)

4.3藥包和配重的制作

按設(shè)計(jì)要求采用巖石乳化炸藥，制作藥包時(shí)要求藥量偏差不大于5％，取一根足夠長(zhǎng)度的導(dǎo)爆索制作起爆頭，將其插入藥包中，并用麻繩將導(dǎo)爆索固定住。然后將炸藥連同一定長(zhǎng)度的導(dǎo)爆索一起放入編織袋中，扎緊袋口，留足夠長(zhǎng)的導(dǎo)爆索供起爆網(wǎng)絡(luò)之用。為了保證懸高藥包能懸浮，在藥包袋中放一定數(shù)量的泡沫，并在藥包下方連接一個(gè)配重袋，配重袋是在另一編織袋內(nèi)裝適量的砂(或碎石)扎緊口部制成。配重袋和炸藥包用繩索連接，沉到基床面，墜住炸藥包。連接繩的長(zhǎng)度即藥包懸掛高度。為保證藥包位置準(zhǔn)確，其配重不小于藥包的浮力。其配重為藥包重量1.5～2倍，連結(jié)繩長(zhǎng)0.5～0.6m。炸藥包和配重袋的連接詳見圖3。

4.4布藥工藝

考慮到布藥寬度及爆破作業(yè)階段性集中進(jìn)行的特點(diǎn)，利用自航250t鐵駁船作為布藥船，采用線形方式布藥。主要布藥工藝流程如下：(1)船上按爆夯參數(shù)制作藥包，加入配重體，將藥包置于船邊；(2)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；(3)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；(4)施工船在爆區(qū)定位，用全站儀或GPS和測(cè)繩定出藥包的位置；(5)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。兩段藥包相距15m以上，以防止第一段起爆將第二次爆夯用的藥包炸壞，以此循環(huán)作業(yè)，直至完成布藥施工。最后施工船撤離爆區(qū)至安全位置。

4.4.1布藥注意事項(xiàng)

布藥時(shí)選取平潮進(jìn)行；爆夯前后進(jìn)行基床標(biāo)高的測(cè)量，弄清爆夯沉降規(guī)律。對(duì)于局部補(bǔ)拋石平均厚度大于50cm的且范圍大于一個(gè)布藥網(wǎng)格時(shí)，按原設(shè)計(jì)藥量減少一半進(jìn)行補(bǔ)夯，補(bǔ)夯范圍的藥包按原設(shè)計(jì)位置、距離布放。

4.4.2布藥位置

藥包總平面以梅花形網(wǎng)格布置。梅花形網(wǎng)格采用4.0 m×4.0 m(第一、三層與第二層成梅花型布置，以最后一層布藥為例見下圖4)。

4.5起爆系統(tǒng)與網(wǎng)絡(luò)

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：選用導(dǎo)爆索起爆頭起爆藥包,電雷管起爆導(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)。詳見圖5爆夯網(wǎng)絡(luò)示意圖：

4.6船舶定位

船舶定位的準(zhǔn)確性對(duì)爆夯布藥的位置影響極大，因此在施工船舶上安裝2臺(tái)GPS定位接收儀，使用GPS進(jìn)行定位，用CAD軟件對(duì)施工區(qū)域進(jìn)行繪畫，導(dǎo)入定位顯示終端，通過GPS定位，使設(shè)計(jì)船位、實(shí)時(shí)船位、定位誤差等均可實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、直觀地在終端顯示出來。根據(jù)顯示屏上的位置指揮布藥作業(yè)，同時(shí)在岸上的控制點(diǎn)位架臺(tái)全站儀對(duì)GPS定位儀器進(jìn)行校核。保證施工區(qū)域的準(zhǔn)確性。

4.6.1更換纜繩

纜繩長(zhǎng)度保證一次拋錨后滿足200～250m里程范圍內(nèi)施工，減少二次拋錨時(shí)間，同時(shí)纜繩直徑及強(qiáng)度符合施工要求。

4.6.2改拋交叉錨

微風(fēng)微浪海況時(shí)拋八字錨，但是在季風(fēng)海況時(shí)，涌浪及陣風(fēng)對(duì)船體左右擺動(dòng)產(chǎn)生持續(xù)作用力，從而影響到施工定位的準(zhǔn)確性，拋八字錨不足以起到穩(wěn)定船體作用，此時(shí)必須改拋交叉錨，船體左右擺動(dòng)過程中在交叉錨的交點(diǎn)處，上錨繩始終壓制著下錨繩向上浮動(dòng)的趨勢(shì)。錨繩的浮動(dòng)作用受到壓制，起到保護(hù)爆夯船舶定位穩(wěn)定性及緩解擺動(dòng)的作用。交叉錨拋錨示意圖如圖6：

4.7水深測(cè)量

在爆夯前和爆夯完成后，均需對(duì)拋石基床進(jìn)行全斷面測(cè)量，采用GPS聯(lián)合回聲測(cè)深儀進(jìn)行水深測(cè)量。測(cè)量間距5.0m一個(gè)斷面，2.0m一個(gè)點(diǎn)，把測(cè)量結(jié)果繪制成水深圖。

5　爆夯實(shí)施的效果分析

取本工程3#泊位K0+890～K0+950第三層爆夯為例，其夯沉率成果分析見下表2：

表2　夯沉率成果分析

高程法計(jì)算公式：

體積法計(jì)算公式：

在體積法夯實(shí)率的計(jì)算方法中，考慮了基床邊坡坍塌的影響，邊坡坍塌作為松散體而未被夯實(shí)。3#泊位K0+890～K0+950第三層爆夯夯沉率，按高程法計(jì)算其平均夯沉率為15.46％，按體積法計(jì)算其平均夯沉率為15.27％，爆夯夯沉率符合設(shè)計(jì)要求。

本工程的拋石基床按15％的爆夯夯沉率控制，施工結(jié)束后，沉箱安裝并填芯完成后，經(jīng)連續(xù)沉降觀測(cè)，并趨于穩(wěn)定后，實(shí)測(cè)沉降值為：全段沉箱后沿測(cè)點(diǎn)沉降的平均值為28mm，碼頭前沿線全段測(cè)點(diǎn)沉降平均值為31mm，在預(yù)留沉降40mm的范圍之

內(nèi)。胸墻第一、二層澆筑完成后，經(jīng)連續(xù)6個(gè)月沉降觀測(cè)，已趨于穩(wěn)定，胸墻平均沉降只有9mm，最終的碼頭面標(biāo)高通過胸墻第三層調(diào)整。

6　結(jié)束語(yǔ)

觀測(cè)與分析結(jié)果表明，水下超厚拋石基床夯實(shí)采用爆夯法有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)與傳統(tǒng)的重錘夯實(shí)法比較，可大大節(jié)省工程費(fèi)用和縮短工期。

(2)爆夯處理后，夯實(shí)效果明顯，確保了基床拋石落到下臥持力層上，并且基床本身也得到密實(shí)，增強(qiáng)了基床穩(wěn)定性。

參考文獻(xiàn)

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