爆破夯实技术在水下超厚抛石基床的应用

2016-04-15黄兆琦

福建交通科技 2016年1期

关键词：基床抛石药包

■黄兆琦

(中交第三航务工程局有限公司厦门分公司，厦门　361000)

爆破夯实技术在水下超厚抛石基床的应用

■黄兆琦

(中交第三航务工程局有限公司厦门分公司，厦门361000)

摘要本文以福州港平潭港区金井作业区2#～5#泊位工程为例，介绍爆破夯实在水下超厚基床的施工应用及取得的成效，为爆夯技术在水下超厚基床的推广应用积累经验。

关键词爆破夯实水下超厚基床沉降应用

1　工程概况

金井码头位于平潭岛西南部北厝镇吉钓村前方海域，2#泊位建设20000GT客货滚装泊位1个，岸线长度206.31m，3#泊位建设50000DWT多用途泊位1个，预留远期发展为150000GT国际油轮泊位，岸线长度384m，4#、5#泊位建设5万吨级多用途泊位2个，岸线长度661m，2#泊位与3#～5#泊位码头前沿线呈110°夹角，码头基础为抛石基床，上部为重力式沉箱结构，抛石基床顶面宽24.8m(其中2#泊位顶面宽20.35 m)，码头前沿基床爆夯总长为(含延伸段)1339.69m，码头后沿基床爆夯总长为(含延伸段)1301.1m，码头基床由10～500kg块石抛填而成，顶标高为-15.4m(其中2#泊位顶标高-11.4m)，底标高-51.6～-38.5m，基床抛石厚度23.1～38.7m。

金井码头结构断面图见图1:

2　工程特点与难点

本工程水下基床抛石厚度大，最大厚度为38.7m；基床抛石分层多，最厚处分5层抛填，每层均需夯实，夯实工程量大；基床夯实作业的水深，最深处-43.6m；工期紧张，总造价8.7亿的四个泊位项目总工期为3年，分解到基床抛石、夯实、整平的时间仅有10个月的时间。

3　爆夯设计

3.1爆夯机理

基床爆夯的机理是将设计的药包按照一定的网格参数布置在块石基床的表面或悬浮在其上部，药包在一定覆盖水深条件下起爆后释放出的巨大能量使药包周围的水直接受到高温、高压冲击波的作用，强烈的压缩药包周围的水介质，使其压力、密度突然升高，形成强烈的冲击波，即冲击荷载。冲击荷载以压力的形式作用于抛石基床，并伴随地震效应和气泡脉动，爆炸产生的多种有效动荷载作用于基床块石上，使块石发生挤压和错位并重新排列，最终减少块石空隙率，提高了基床密实度，达到了避免基础受上部荷载作用下的不均匀沉降和减少沉降量的目的。

爆夯效果同单个药包的重量、药包的分布密度、药包的悬浮高度、爆夯遍数、基础厚度、基床块石的级配、地基持力层土质及基槽边坡土质等因素有关。

3.2基床抛石、爆夯分层控制

根据《爆炸法处理水下地基和基础技术规程》(JTJ/T258-98)的规定：基床爆夯分层厚度不宜大于12m的要求，在基床拋石厚度≤12m时可不分层；＞12m时须分层。本工程基床抛石分2#与3#～5#泊位两部分，分别按以下标高控制。

(1)2#泊位基床分层控制：第一层抛石爆夯控制标高为-36.4m；第二层抛石爆夯控制标高为-26.4m；第三层抛石爆夯控制标高为-18.4m；第四层按设计基床顶标高结合预留沉降量。

(2)3#～5#泊位基床分层控制:第一层抛石爆夯控制标高为-40.4m；第二层抛石爆夯控制标高为-30.4m；第三层抛石爆夯控制标高为-22.4m；第四层按设计基床顶标高结合预留沉降量。

(3)2#泊位与3#泊位交界段基床抛填控制:因本项目2#泊位与3#泊位基床顶标高高差4 m，在2#泊位第四层抛填施工中预留放坡长度，待3#泊位沉箱安装后补抛该倒三角形区域块石，并采用锤夯补夯。

基床抛石顶面平整度必须满足规范要求，局部高差不大于50cm。

3.3爆夯参数设计

基床密实效果主要包含爆后平整度和夯实率。除与基床抛填平整状况和块石级配有关外，主要取决于布药位置的准确性、布置网络和爆炸有效荷载情况(覆盖水深度、药量大小与爆夯的次数)。

根据《水运工程爆破技术规范》(JTS204-2008)结合爆夯经验采用公式并进行计算。

单药包药量Q：Q=q0×a×b×H×η/n

式中,Q——单药包药量(kg)；

q0——爆夯单耗(kg/m3)，根据规程，综合本工程的实际情况，本工程取4kg/m3；

a——药包间距(m)，本工程取4m；

b——药包排距(m)，本工程取4m；

H——爆夯前石层平均厚度(m)；

η——夯实率，本工程设计要求平均夯实率不低于15％；

n——爆夯遍数，本工程取3遍。

随每层基床抛石厚度的不同，爆夯单包药量在20kg至33kg之间。单包药量确定后，一次起爆总药量与一次布药的范围有关，范围越大，总药量就越大，夯沉效果也越明显。在满足安全距离的前提下，一次布药范围应尽量大，本工程水下爆夯考虑到港区周边建筑物，确定每次起爆总药量不超过1000kg。

爆夯遍数n：分遍爆破夯实能充分利用爆能，减少对周围环境的影响，并使药量分布均匀，基床夯实效果更好。每夯一次，基床抛石体就会重新组合形成一种暂时稳定的骨架状态，达到一定夯次后，抛石体处于最稳固状态，但夯过多反而会破坏这种稳固状态，影响夯实效果。对于无前期预压密实的抛石体可取3～4遍，对于有前期预压密实的抛石体可取2～3遍，因此本工程取爆夯遍数为3遍。

悬挂高度h2根据最新规范，悬高控制范围为：h≤(0.35～0.5)Q1/3。同时考虑爆后石面平整度的要求，本工程药包悬高取在石层上方50cm处。

4　施工工艺特点及其处理的方法

4.1工艺流程

施工工艺流程如图2所示。

4.2火工用品的选取

在水下爆破作业时，需考虑炸药主要性能有:炸药的起爆感度、炸药抗水性能及炸药的威力。导爆索应采用塑料导爆索，要求具备抗水性能。根据已有的施工经验,炸药拟选用2#岩石乳化炸药，具体要求见表1：

表1　炸药的性能指标

4.3药包和配重的制作

按设计要求采用岩石乳化炸药，制作药包时要求药量偏差不大于5％，取一根足够长度的导爆索制作起爆头，将其插入药包中，并用麻绳将导爆索固定住。然后将炸药连同一定长度的导爆索一起放入编织袋中，扎紧袋口，留足够长的导爆索供起爆网络之用。为了保证悬高药包能悬浮，在药包袋中放一定数量的泡沫，并在药包下方连接一个配重袋，配重袋是在另一编织袋内装适量的砂(或碎石)扎紧口部制成。配重袋和炸药包用绳索连接，沉到基床面，坠住炸药包。连接绳的长度即药包悬挂高度。为保证药包位置准确，其配重不小于药包的浮力。其配重为药包重量1.5～2倍，连结绳长0.5～0.6m。炸药包和配重袋的连接详见图3。

4.4布药工艺

考虑到布药宽度及爆破作业阶段性集中进行的特点，利用自航250t铁驳船作为布药船，采用线形方式布药。主要布药工艺流程如下：(1)船上按爆夯参数制作药包，加入配重体，将药包置于船边；(2)按实测水深在药包上捆扎药包绳索，准备漂浮物备用；(3)在船上按设计间距用导爆索将一排药包联接好，并将控制绳索放置好备用；(4)施工船在爆区定位，用全站仪或GPS和测绳定出药包的位置；(5)到位后人工沿船边放入药包至基床表面时，拉脱药包引绳；一次放置一排，然后移动布药船放置第二段药包。两段药包相距15m以上，以防止第一段起爆将第二次爆夯用的药包炸坏，以此循环作业，直至完成布药施工。最后施工船撤离爆区至安全位置。

4.4.1布药注意事项

布药时选取平潮进行；爆夯前后进行基床标高的测量，弄清爆夯沉降规律。对于局部补抛石平均厚度大于50cm的且范围大于一个布药网格时，按原设计药量减少一半进行补夯，补夯范围的药包按原设计位置、距离布放。

4.4.2布药位置

药包总平面以梅花形网格布置。梅花形网格采用4.0 m×4.0 m(第一、三层与第二层成梅花型布置，以最后一层布药为例见下图4)。

4.5起爆系统与网络

为保证深水条件下的爆夯安全准爆，起爆系统与网络设计为：选用导爆索起爆头起爆药包,电雷管起爆导爆索,雷管脚线与起爆线相连,起爆线引至起爆器的起爆网络。详见图5爆夯网络示意图：

4.6船舶定位

船舶定位的准确性对爆夯布药的位置影响极大，因此在施工船舶上安装2台GPS定位接收仪，使用GPS进行定位，用CAD软件对施工区域进行绘画，导入定位显示终端，通过GPS定位，使设计船位、实时船位、定位误差等均可实时、准确、直观地在终端显示出来。根据显示屏上的位置指挥布药作业，同时在岸上的控制点位架台全站仪对GPS定位仪器进行校核。保证施工区域的准确性。

4.6.1更换缆绳

缆绳长度保证一次抛锚后满足200～250m里程范围内施工，减少二次抛锚时间，同时缆绳直径及强度符合施工要求。

4.6.2改抛交叉锚

微风微浪海况时抛八字锚，但是在季风海况时，涌浪及阵风对船体左右摆动产生持续作用力，从而影响到施工定位的准确性，抛八字锚不足以起到稳定船体作用，此时必须改抛交叉锚，船体左右摆动过程中在交叉锚的交点处，上锚绳始终压制着下锚绳向上浮动的趋势。锚绳的浮动作用受到压制，起到保护爆夯船舶定位稳定性及缓解摆动的作用。交叉锚抛锚示意图如图6：

4.7水深测量

在爆夯前和爆夯完成后，均需对拋石基床进行全断面测量，采用GPS联合回声测深仪进行水深测量。测量间距5.0m一个断面，2.0m一个点，把测量结果绘制成水深图。