淺談深水圍堰基坑水下爆破高精度全息地形測(cè)量施工技術(shù)

王崧霖

摘 要：在圍堰施工前，需要對(duì)水下地形進(jìn)行測(cè)量。利用回聲探測(cè)原理，經(jīng)探頭發(fā)射聲波到水底，聲波在水底反射回到探頭，可測(cè)得聲波信號(hào)往返行程所需要的時(shí)間，從而完成水下地形的精確測(cè)量。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，可確定圍堰處基礎(chǔ)的爆破深度，從而開(kāi)展爆破設(shè)計(jì)和施工。爆破完畢后進(jìn)行清渣，重復(fù)測(cè)量地形，確定圍堰基坑爆破深度和圍堰基坑的平整度，從而全面驗(yàn)收圍堰基坑。該技術(shù)具有精度高、速度快、成本低、過(guò)程全自動(dòng)化、安全的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：深水圍堰；全息地形測(cè)量；基坑；鉆孔樁

中圖分類號(hào)：O383 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.152

隨著國(guó)家橋梁建設(shè)的蓬勃發(fā)展，適用于深水區(qū)域基礎(chǔ)施工的雙壁圍堰施工技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用。我國(guó)跨江、海橋梁均大規(guī)模采用了雙壁圍堰作為水深急流區(qū)域橋梁基礎(chǔ)施工的外圍結(jié)構(gòu)。中鐵三局集團(tuán)公司承建的新建懷邵衡鐵路湘江特大橋以連續(xù)梁結(jié)構(gòu)跨越湘江，主跨27#～33#墩采用12根φ2.2 m的鉆孔樁，承臺(tái)采用矩形雙層承臺(tái)，下層尺寸為21 m×15.2 m，高為3 m，上層尺寸為15 m×9 m，高為3 m。湘江特大橋水中承臺(tái)28#～32#墩均為低樁承臺(tái)，嵌入弱風(fēng)化巖層，墩位處河床幾乎無(wú)覆蓋層。其中，29#墩位處水深為20 m，承臺(tái)伸入巖層8 m。

根據(jù)水文、地質(zhì)等因素進(jìn)行綜合方案比選后，決定采用雙壁鋼圍堰進(jìn)行施工，圍堰下沉到位后進(jìn)行鉆孔樁施工。圍堰施工前，需要對(duì)水下河床地形進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，并進(jìn)行水下爆破；爆破清渣完成后，需測(cè)量基坑深度和平面尺寸，以確定其是否滿足要求。墩位處水下河床地形和爆破完成后的基坑驗(yàn)收測(cè)量均采用了“深水圍堰基坑水下爆破高精度全息地形測(cè)量施工技術(shù)”。利用回聲探測(cè)技術(shù)手段，成功解決了傳統(tǒng)測(cè)深錘和測(cè)深桿測(cè)量精度低的問(wèn)題，有效提高了深水圍堰基坑施工的測(cè)量精度。

1 概述

1.1 施工特點(diǎn)

具體的施工特點(diǎn)有以下3點(diǎn)：①采用回聲探測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了深水圍堰范圍內(nèi)的地形全息探測(cè)，為爆破施工和基坑驗(yàn)收提供了有效的數(shù)據(jù)支持。②測(cè)量精度高。高程定位精度控制的偏差在±2 cm+0.1%h以內(nèi)。③彌補(bǔ)了傳統(tǒng)人工測(cè)深錘和測(cè)深桿測(cè)量速度慢、精度低、數(shù)據(jù)處理復(fù)雜等缺陷，測(cè)量作業(yè)安全性高、信息化程度高，科實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、分析自動(dòng)化。

1.2 適用范圍

本項(xiàng)施工技術(shù)適用于跨江、河等深水圍堰基礎(chǔ)施工中得河床地形測(cè)量，也適用于一般的深水基礎(chǔ)水下測(cè)量和施工定位。

1.3 工藝原理

高程測(cè)量利用回聲探測(cè)原理，經(jīng)探頭發(fā)射聲波在水中傳播，聲波在水底反射回到探頭被接收，根據(jù)測(cè)得的聲波的往返時(shí)間及其在水中的傳播波速計(jì)算河床面的高程，從而得水下地形三維測(cè)量數(shù)據(jù)。

2 施工工藝流程及操作要點(diǎn)

2.1 施工工藝流程

施工工藝流程如圖1所示。

2.2 操作要點(diǎn)

2.2.1 施工準(zhǔn)備

根據(jù)《中華人民共和國(guó)水上水下施工作業(yè)通航安全管理規(guī)定》《中華人民共和國(guó)海事行政許可條件規(guī)定》中的要求，施工前應(yīng)與水利、航道、海事等相關(guān)部門對(duì)接，完成水中施工專項(xiàng)方案的編制和報(bào)批工作，并辦理水中爆破、海事、航道等施工許可證，從而為開(kāi)展水下施工作業(yè)提供先決條件。

圖1 施工工藝流程圖

2.2.2 橋梁控制網(wǎng)的布設(shè)和測(cè)量

在江岸兩側(cè)布設(shè)橋梁控制網(wǎng)，高程控制網(wǎng)點(diǎn)與平面控制網(wǎng)點(diǎn)共用點(diǎn)位。根據(jù)控制網(wǎng)的等級(jí)要求，按照一定的精度測(cè)量控制網(wǎng)點(diǎn)，精密平差后形成橋梁控制網(wǎng)，從而為全息地形測(cè)量提供平面和高程控制依據(jù)。

2.2.3 水下河床地形測(cè)量

2.2.3.1 測(cè)量線路和測(cè)量范圍

為了能采集到圍堰區(qū)域及其附近的地形數(shù)據(jù)，結(jié)合測(cè)深儀的機(jī)動(dòng)性、工作效率、通航、地形等因素，在測(cè)量前設(shè)計(jì)了測(cè)量線路和測(cè)量范圍，包括測(cè)量的主要路線、密度、方向等。根據(jù)測(cè)深儀的工作頻率，橋位線路方向的測(cè)量密度為1.5～2.0 m，橫向精度為3.5～4.0 m。圍堰單側(cè)外12 m的區(qū)域內(nèi)測(cè)量范圍，縱向?yàn)榫€路方向全部測(cè)量。

2.2.3.2 河床地形的測(cè)量

在測(cè)量河床地形前，先用GPS對(duì)點(diǎn)，將GPS架設(shè)在岸邊橋梁控制網(wǎng)任一網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行校核；校核完畢后，用水準(zhǔn)儀測(cè)出水面標(biāo)高，將GPS安裝至中海達(dá)HD-370測(cè)深儀的連接桿上，將二者的數(shù)據(jù)線相連，并插入U(xiǎn)盤儲(chǔ)存數(shù)據(jù)；連接完成后，設(shè)置測(cè)深儀吃水深度和探測(cè)頭標(biāo)高，開(kāi)始測(cè)量河床地形；將測(cè)量?jī)x器搭載至機(jī)動(dòng)舟上，從而測(cè)量河床地形；在測(cè)量時(shí)，測(cè)量人員根據(jù)既定點(diǎn)位指揮機(jī)動(dòng)舟移動(dòng)，保證按照原定測(cè)量密度對(duì)河床地形進(jìn)行測(cè)量。

2.2.4 數(shù)據(jù)的整理和分析

河床地形按照原定密度測(cè)量完畢后，將測(cè)量數(shù)據(jù)儲(chǔ)存至U盤；將U盤拔出連接至電腦，利用測(cè)深儀數(shù)據(jù)分析軟件將測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成文本格式，內(nèi)容包括點(diǎn)號(hào)、坐標(biāo)、河床底高程；將文本格式轉(zhuǎn)換成表格格式，利用南方CASSR軟件將測(cè)量數(shù)據(jù)導(dǎo)入CAD中，形成測(cè)量河床地形圖形，圖形包括點(diǎn)位和高程。

2.2.5 爆破設(shè)計(jì)與施工

2.2.5.1 爆破深度及范圍設(shè)計(jì)

河床地形圖繪制完畢后，根據(jù)設(shè)計(jì)文件計(jì)算爆破深度和爆破范圍；爆破基坑坡比按1∶1設(shè)計(jì)，基坑底比圍堰外側(cè)寬出1 m；將爆破范圍繪制在河床地形圖上，并計(jì)算爆破基坑坐標(biāo)。為了保證后續(xù)清渣施工的質(zhì)量，爆破深度應(yīng)比圍堰設(shè)計(jì)底標(biāo)高深1.0 m，從而為圍堰著床及護(hù)筒埋設(shè)提供條件。

2.2.5.2 爆破施工

根據(jù)以往的施工經(jīng)驗(yàn)，鉆孔爆破采用工效較高、性能良好的CQ100型航道潛孔鉆機(jī)船，鉆孔孔位采用全站儀或GPS直接測(cè)定，并利用鉆機(jī)船拋設(shè)的主纜和橫纜移動(dòng)船位和調(diào)整孔位。在孔位上測(cè)量水深時(shí)，根據(jù)施工水位高程和設(shè)計(jì)河底高程計(jì)算巖層的厚度，從而確定鉆孔深度。由于施工是在固定的爆破平臺(tái)上進(jìn)行的，所以，不需考慮水流和風(fēng)浪的影響，在平臺(tái)上用GPS確定孔位即可。為了防止水流鉆桿影響鉆孔位置，在鉆爆孔位下放置了液壓固定套管，并復(fù)核了孔位平面位置；復(fù)核無(wú)誤后，利用潛孔鉆機(jī)進(jìn)行了鉆孔施工，孔位鉆孔采用大功率空壓機(jī)對(duì)鉆孔打壓，從而保證鉆渣及時(shí)排出，加快成孔速度；鉆孔完成后，復(fù)核孔深和孔位，放置炸藥進(jìn)行爆破，爆破選用質(zhì)量穩(wěn)定、防水性能好的乳膠炸藥和電雷管，并做好爆破器材的抗壓、防水工作。

此外，在埋設(shè)炸藥時(shí)，應(yīng)做到以下3點(diǎn)：①裝藥到底，保證底部不出現(xiàn)石坎；②裝藥位置符合設(shè)計(jì)要求，尤其是在硬巖中裝藥時(shí)的位置必須準(zhǔn)確；③為了避免因爆破而產(chǎn)生的地震波和水下沖擊波對(duì)周圍環(huán)境造成影響，本工程采用了單孔分段延期微差起爆技術(shù)，延爆時(shí)間不短于50 ms，且控制了最大起爆藥量。

2.2.6 清渣

整體基坑爆破完成后，利用GPS進(jìn)行抓渣船定位，每個(gè)墩位利用抓斗由樁位中心向外圍進(jìn)行清挖，清挖出的石渣放至到泥駁船上，由其運(yùn)輸至指定地點(diǎn)。

2.2.7 基坑底驗(yàn)收

在抓渣過(guò)程中，利用測(cè)繩初步測(cè)量抓渣后的基坑深度；全部清理完成后，利用測(cè)深儀和GPS驗(yàn)收水下基坑，測(cè)量方法與河床地形的測(cè)量方法相同，測(cè)量范圍為基坑外圍以內(nèi)，測(cè)量精度為每點(diǎn)間距0.5 m。

2.2.8 基坑定位修正

數(shù)據(jù)采集完畢后，繪制CAD圖形，利用分析軟件確定抓渣未到深度的位置，并重新補(bǔ)抓；再次驗(yàn)收，直至合格后開(kāi)始下一個(gè)基坑的施工。

3 結(jié)束語(yǔ)

利用測(cè)深儀和GPS定位系統(tǒng)縮短了水下施工測(cè)量的時(shí)間，加快了施工速度。本文提出的施工技術(shù)成功地解決了傳統(tǒng)人工測(cè)深錘和測(cè)深桿存在的問(wèn)題，具有安全性高、可靠性高、信息化程度高的特點(diǎn)。采用回聲探測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了深水圍堰范圍內(nèi)的地形全息探測(cè)，為爆破設(shè)計(jì)與施工提供了有效的數(shù)據(jù)支持。

〔編輯：張思楠〕