浅析近岸炸礁对码头结构的影响

冯江鸿

摘 要：由于国际海运的发展及国际贸易的促进， 近几年来我国沿海地区都在跟紧“一带一路”时机建设深水大港。随着码头的大型化发展及港池、航道的不断浚深， 水下炸礁爆破在实践中应用越来越广泛。本文结合茂名港博贺新港区通用码头工程水下炸礁施工情况，简要论证近岸水下炸礁对码头结构的影响，为类似工程提供借鉴。

关键词：炸礁 碼头 结构 爆破

1.背景简介

茂名港博贺新港区通用码头工程位于广东茂名滨海新区博贺新港区内，港池礁区岩石平均顶标高为-12.2m;最高岩石顶标高为-10.1m，设计施工底标高为-15.1m，设计礁石工程量约为21万m3（不计超宽超深），按照原施工计划安排，码头前沿150米范围内礁石均应在沉箱安放前爆破清除完毕。但因港地质条件相当复杂，码头成型后在原设计计算范围外仍发现多处新增礁盘，其中最近距离点与2#泊位码头主体间的直线距离仅25m，。如此近距离的炸礁实施，稍有慎将可能对码头实体产生相当大的结构性影响。

2.工艺简介及参数分析

2.1布孔方式

钻孔爆破采用中风压钻机船施工，钻孔孔位采用GPS测量定位，利用钻机船抛设的主缆和横缆移动船位和调整孔位。在孔位上量测水深，由施工水位高程和设计河底高程计算岩层的厚度，确定钻孔深度。

水下钻孔爆破按由深水到浅水的顺序进行，且一次钻爆到设计深度，避免分层爆破。钻孔形式采用垂直钻孔，布孔方式可采用矩形、三角形或梅花形（如图1）。

2.2爆破参数

炸礁船在对每个礁区施工时，采用平行码头前沿线、梅花状布孔的施工方法进行施工。采用一次性钻至施工设计底标高-15.1m（未计超深）的方式钻孔。根据本工程的岩石性质，钻爆船的装备情况及清礁船舶对岩石破碎块度和松散度的要求，排距参照《水运工程爆破技术规范》（JTS204-2008）和炸礁施工经验，本工程设计爆破参数如下：

孔距a：根据礁区不同地质情况、清礁效果及船舶设备最终确定，本工程孔距为2.0m。

排距b：根据本爆破区的岩石性质（强风化、中风化石英岩）和施工环境等来确定，排距b=2m。

孔径d：球齿钎头外径115mm，孔径d=120～125mm。

药柱直径D：本工程中使用的药柱直径D=90mm，长度为L=400mm。

2.3单方耗药量

单耗q0=q1+q2+q3+q4

式中：q1—基本装药量，是一般陆地梯段爆破单耗的2倍。对于花岗岩一般取0.7kg/m3，对水下垂直钻孔，再增加10%。因此q1=1.54 kg/m3。

q—爆区上方水压增量;q2=0.01h2，h2—水深（至开挖底部），水深按15m计算，q2=0.15kg/m3;

q3—爆区上方覆盖层增量，q3=0.02h3：h3——覆盖层厚度，0m，因此q3=0;

q4—岩石膨胀增量，q4=0.03h;h—梯段高度，m，梯段高的范围为1.5m，因此q4=0.045kg/m3;

所以，本工程单耗按计算应取1.735kg/m3。

塞长度按经验取h0=0.5m-1.0m。

该区域岩层厚度30cm，超钻按以往工程经验取h1=1.5～2.0m，由于岩层较薄取1.5m，H0=1.8m。

计算单孔装药量Q=q0×a×b×H0=1.735×2.0×2.0×1.8=12kg

3.爆破安全分析

根据《爆破安全规程》，重力式码头允许的安全振动速度为5-8cm/s以下，爆破振动安全允许距离按（1）式计算。

R=（）1/α ·Q1/3   （1）

式中：R—爆破振动安全允许距离，m;

Q—炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大单段药量，kg;

V—保护对象所在地安全允许质点振速，cm/s;

K，α—与爆破点至保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，在无试验数据的条件下，可参考下表选取。

由表1可知，岩层越坚硬其K值越小，衰减指数α也相对较小。而根据港池地质报告显示，本工程港池内礁石饱水抗压强度均已超过60Mpa，部分可达到80Mpa左右，按照“岩体质量分类”属于坚硬岩石，k值可取100，α值取1.3，为安全起见安全振动频率值按5cm/s考虑，因此根据公式（1）反推码头前沿25m起爆时其单段起爆药量Q= R3 （V/K）3/a应小于15.54kg。根据岩层厚度以及毫秒微差爆破的施工工艺，考虑到现场码头结构安全，在本工程现场实际施工过程中，该处的采用单孔爆破，单段药使用量为12kg，可以满足安全爆破要求。现场实测振动频率也仅为1.72cm/s，未对码头结构造成实体影响。但根据现场实际耗药量及不同的地质条件情况再次反推，振速V=K·（Q/R3）α/3，其计算成果见表2。

按照坚硬岩石强度和现场爆破距离R=25m，Q=12kg计算，根据上表可知，爆破可能产生的振速在1.39-6.71cm/s之间，k值越大岩石强度越低其产生的振动速度越高。若k取值在150左右，即岩石饱水抗压强度在60Mpa左右或以下，其振速有可能大于5cm/s，是可能对码头结构造成实质性影响的。而且根据《爆破安全规程》，在大型混凝土的浇筑初龄期间，其允许的振动速度仅1.5-3.0以下，这种情况更不可在近岸进行爆破作业。

4.结语

水下炸礁对近岸建筑物造成影响的条件包括岩层地质状况、岩层厚度、冲击波传播途径、钻孔深度、炸礁工艺及天气等诸多因素。近距离炸礁施工需进行合理的施工设计，综合考虑不利因素，通过药量参数计算安全距离。同时，根据以上计算分析，在新建码头施工过程中，应当充分考虑各工序的工艺衔接，尽可能在沉箱安放前完成码头前沿的所有炸礁施工。若确有必要在码头前沿进行炸礁作业，应当充分考虑岩石种类、强度、深度及水深条件等，在有条件的情况下通过试验确定k值及α值，再通过理论计算研究码头前沿炸礁的可行性。

参考文献：

[1]杨光煦.水下工程爆破[M].北京：海洋出版社，1992.

[2]中国力学学会工程爆破专业委员会.爆破工程[M].北京：冶金工业出版社，1996.

[3]于亚伦.工程爆破理论与技术[M].北京：冶金工业出版社，2004.