灌注桩式码头水下疏浚爆破问题研究

周砚

【摘 要】某码头为典型的灌注桩式多层框架结构，本文分析了该码头在水下爆破振动激励下的结构响应特性和爆破施工的具体控制措施。为码头建筑物爆破振动安全评价和优化爆破施工参数及工艺提供依据。

【关键词】水下爆破；爆破振动监测；灌注桩式码头

0.概述

某码头距离岸边100多m。为满足大吨位船舶的停靠及码头的正常运行，需要进行水下疏浚爆破，爆破开挖的岩石方量约为3000m3。该专用码头为灌注桩式高层框架结构，设计抗震烈度为6级。水下疏浚爆破区域距离码头建筑物及主要设备（卸料机）较近，开挖边线最近处离码头前沿仅3.0m。施工采用钻爆法开挖，液压抓斗水下出渣。通过水上作业船（驳）及钻孔平台配以导管穿过水层对岩石进行钻孔，孔径为90mm。采用抗水性较好的2#岩石乳化炸药，装药结构为不耦合连续装药（药卷直径为70mm），单孔药量为5）10kg。工程具有特殊而敏感的施工环境，水下爆破诱发的爆破振动和水下冲击波对码头建筑物及设备的安全影响问题成为工程重点关注的难题，因而在爆破施工中实施了爆破振动安全监测。通过爆破振动监测数据，达到了科学评定码头爆破振动安全影响的目的，并在有关监测成果分析的基础上，实现了水下疏浚爆破钻爆参数的合理调整和施工工艺的优化。

1.爆破振动监测方案及控制指标

1.1监测物理参量及仪器系统

爆破振动对建筑物的安全是否构成影响，与爆破振动强度及振动频率密切相关。反映爆破振动强度的物理量分别有质点位移（S，mm）、质点振动速度（V，cm/s）和质点振动加速度（a，cm/s2）。质点振动速度（V）相对能够较好地反映建筑物的爆破振动特点，其传播也较有规律，特别是通过国内外工程界多年以来的大量工程实践和总结，形成了一系列可供参考的建筑物爆破振动速度安全控制标准，以及一整套成熟且便于操作和分析的现场观测方法，为利用质点振动速度进行爆破振动监测和控制提供了依据。故而选取质点振动速度作为振动监测的物理参量。现场监测采用的仪器系统由振动传感器、信号采集与记录设备、数据处理系统3部分组成。振速传感器有2种型号：CDJ-28P和CDJ-10P型振速传感器（可测水平方向的振速），CDJ-28Z和CDJ-10Z型振速传感器（可测竖直向振速）。记录仪器为TOPBOX-508振动信号自记仪。波形显示处理设备为装有爆破振动分析软件（TOPVIEW2000）的计算机。

1.2监测方案及测点布置

根据现场施工环境及爆破施工方案，爆破振动安全监测工作主要分为2个阶段：前期结合生产性爆破试验的爆破振动观测和施工期爆破振动监测。（1）结合生产性试验进行爆破振动观测，了解水下疏浚爆破开挖时爆破振动规律及码头结构响应特性，为制定施工方案及参数提供依据。并根据码头结构的响应特点，提出爆破安全振动速度控制指标。（2）在水下疏浚爆破施工过程中，针对典型爆源进行爆破振动的跟踪监测，根据振动测试结果，及时调整和优化相应开挖部位的爆破方案和参数，并提供码头爆破振动安全评定的实测数据。（3）建筑结构的爆破振动强度是由结构基础地面质点振动速度和结构振动响应特性综合反映的，相关规范提出的控制指标一般是指结构基础地面质点振动速度。考虑本码头结构的特殊性，无法取得地面（水下）监测数据，故爆破振动监测点主要布置于系缆墩、靠船装卸平台及卸料机等部位。一个监测点均同时布置垂直向和水平径向振动传感器。

1.3振动控制指标

在国家相关标准中并无对灌注桩式码头质点安全振动速度的明确规定，也无类似工程参考。

GB67221-2003《爆破安全规程》规定：对于钢筋混凝土结构房屋，在振动频率10-50Hz时，安全允许振速为3.5-4.5cm/s；交通部JTJ286-90《水运工程爆破技术规范》中规定，重力式码头的安全振动速度为5-8cm/s；在《工程爆破理论与技术》中提出建筑物抗震烈度与相应地面质点振动速度的关系为：抗震烈度为6o时，允许地面质点振动速度为3-5cm/s。

参考该码头设计抗震烈度为6o的标准，在综合考虑以上相关规范及有关工程经验的基础上，拟定本工程灌注桩式码头爆破安全振动速度[V]=3-5cm/s。在码头靠船装卸平台处进行监测并以该处监测数据作为安全评定时，参考爆破振动传播特性和实测高程放大效应，按安全保守取值（放大系数1.5），确定码头平台的爆破质点振动速度控制指标为[V]=4.5-7.5cm/s。

2.监测成果及分析

2.1监测成果

针对本水下疏浚爆破开挖工程，共进行了9场次的爆破振动监测。从监测结果可以看出，由于对爆破规模和最大单响药量进行了严格控制，并采取合理的微差起爆网路，在水下疏浚施工爆破中，码头靠船装卸平台处的质点振动速度基本都控制在允许指标内。另外，在卸料机处实测的质点振动速度均小于1.0cm/s。监测数据说明，本水下疏浚爆破工程未对码头建筑物和主要设备造成不利的振动影响。

2.2关于单响药量及微差间隔时间

在结合相关工程经验及参考爆破振动安全监测成果的基础上，对爆破施工提出如下要求：对各施工区域的爆破参数实行分区控制，距码头前沿6m以外的区域，单孔单段药量控制在6-10kg，孔间延期在50ms以上；距码头前沿6m以内的区域，单段药量应控制在4.5-6kg以内，接近装卸平台的开挖轮廓边缘取小值，孔间延期也应确保在50ms以上。

2.3码头结构响应特点分析

通过对监测数据的分析，码头结构在水下疏浚爆破振动激励下有如下特点：

（1）码头高层框架结构对振动具有一定的高程放大效应。在系缆墩不同高程处布置的测点所测的数据可以明显地反映出这一放大效应。在某次监测中，上部测点垂直方向峰值振动速度为5.51cm/s，下部测点垂直方向峰值振动速度为2.79cm/s；另一次监测中，其上部测点垂直方向峰值振动速度为2.68cm/s，下部测点垂直方向峰值振动速度为1.79cm/s，上、下两测点的高差为6.7m。实际的放大系数对于科学评定爆破振动安全和合理优化爆破参数具有参考意义。

（2）框架结构的滤波特性。根据以往的爆破振动研究，单响药量小且规模小的爆破所诱发的振动频谱较宽，且能量主要集中在高频部分。对在码头结构上监测的数据进行频谱分析，爆破振动的主频集中在20）50Hz，且频段较窄，而此类框架结构的自振频率恰好也在20Hz左右，可以推断此框架结构仅对频率在其自振频率附近的振动产生了响应，而将与其自振频率相差较大的振动滤掉。

3.结论

通过水下疏浚爆破的振动监测，有如下几点结论：（1）针对水下疏浚爆破施工进行的爆破振动监测，对爆破施工实现了有效的安全监控。（2）水下爆破工程要取得码头结构基础地面质点振动速度往往十分困难。本工程采用码头平台实测值及相关安全控制指标的处理，证明是一种合理且可操作的方法，对类似工程有参考借鉴作用。（3）多层框架结构的码头建筑物存在一定的高程放大效应。根据本工程监测数据和爆破振动影响的分析，采用了振动速度控制标准[V]=4.5-7.5cm/s，对保证码头的爆破振动安全和水下疏浚爆破工程的正常施工都是恰当的。

【参考文献】

[1]GB6722-2003爆破安全规程[S].北京：中国标准出版社，2004.