浅析重力式码头基床爆夯质量安全控制

陈文龙

（福建省交通建设工程监理咨询有限公司，福州 350001）

1 工程概况

福州港江阴港区8#、9# 泊位码头， 近期建设3 个3万吨级通用件杂货泊位， 远期调整改造为1 个5 万吨级和1 个7 万吨级集装箱泊位。 工程结构形式为码头平台采用大型重力式沉箱结构，按靠泊15 万吨级集装箱船设计。 码头基床设计顶标高-17.5m，夯实顶宽24.4m，基床爆夯长度791.407m，基床抛石厚度5.5m～15.1m，一次爆夯厚度不超过12m， 基床爆破夯实方量为208665m3。 本工程基床密实采用爆炸夯实并且顶面要进行抛石补平锤夯。

2 爆破密实机理

悬浮在基床顶面的药包在水中爆炸时释放出巨大能量， 药包周围的水直接受到高温、 高压爆炸冲击波的作用，强烈地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，两种作用均使块石产生错动，相互压缩、填充并减少空隙，从而达到基床密实。

3 爆夯参数设计

每一施工段每一层爆夯三遍， 每遍施工均采用导爆索联接各个导爆管雷管， 最终采用非电起爆器引爆导爆索来引爆整个网路的方式进行。为使爆夯作用均匀，爆后基床平整，药包平面采用正方形网格布置。第二遍爆夯药包位置同第一、三遍错开，交错2 m 布置。 本工程选用防水乳化炸药，要求单药包药量允许偏差±5%。根据已有的施工经验， 在水下爆破作业时， 必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，故选用防水乳化炸药能满足本工程要求。

（1）爆夯参数选定。 根据《水运工程爆破技术规范》JTS204-2008 规定，结合以往类似工程经验，按照下列公式计算爆破夯实药量：

单药包药重Q=q0×a×b×H×η/ n

式中，q0——爆夯夯实单耗（kg/m3），规范要求4.0～5.5，本工程取4.0；

a、b——药包间距、药包排距；本工程为a=4,b=4；

H——爆破夯实前石层平均厚度(m)，本工程按5.5m计算，施工中根据各爆夯段实际平均厚度进行调整；

η——夯实率%。 规范要求10%～15%， 本工程选取12%；

n——爆破夯实遍数。 规范要求2～4，取2～3 遍；

h2——悬挂高度。 考虑水的隔离和配重物的影响效果， 药包悬挂高度不宜过大， 取药包半径的h2≤（0.35～0.5）Q1/3。 本工程 取值0.6m。

（2）试验段爆夯施工。 为检验单包药量、爆破夯实单耗、药包数量、间排距离、一次爆夯齐爆段数、爆夯遍数等参数， 本工程选取K0+450～K0+520、K0+650～K0+730 两段进行典型试验施工。

经夯前夯后水深测量计算爆夯段夯沉率为：K0+450～K0+520 段夯沉率为12.63%；K0+650～K0+730 段夯沉率为12.81%，均能达到设计夯沉率12%。

4 爆夯施工

（1）夯前基床顶面标高测量。爆夯前用回声测深仪结合测深水砣按5m 一个断面，2m 一个点进行全断面测量，准确取得夯前基床面原始数据。出现抛石标高高差过大的区域及时予以补抛， 保证爆夯前整个抛石基床面平整，其局部顶面标高不得低于0.5m。

（2）制作药包。将导爆索、导爆管做好加工，待炸药运输至爆夯船后，于爆夯船上制作药包。药包使用2 号岩石乳化炸药， 用非电毫秒差导爆管雷管插入药卷做成起爆体，用胶布扎紧塞入药包中。然后将乳化炸药连同起爆体一起放入编织袋中，扎紧袋口。 为保证药包悬浮高度，在每个药包中放一定数量的泡沫， 与药包下方配重砂袋相连，保证药包在基床面上0.6m 处。

（3）药包的敷设工艺流程。布药应根据潮位表选择最优时段进行布药， 以及要考虑布药宽度及引爆频率高的特点。布药作业船平行于基床前进方向驻位，按设计药包间距位置逐排依次投放药包，敷设应逆流进行，并逐排向起爆点后退。 工艺流程如下：①布药船上制作药包，加入配重体，按爆夯参数将药包置于船舷一侧；②实测水深在药包上捆扎药包绳索，准备漂浮物备用；③布药船上由爆破工把导爆雷管一排药包联接，导爆管雷管捆扎完毕后，将全部导管引线并联捆绑，并用绳索控制备用；④布药船结合GPS 定出药包的准确位置；⑤爆破工按爆破指挥员的要求同时投入药包至基床表面，拉脱药包引绳；一次布设一排药包，然后移动作业船布设第二排药包，两排布设完毕后，作业船撤离爆破区至安全位置进行引爆。以此循环作业，直至完成全部排段的布药施工。

（4）联线起爆。药包敷设完毕后将电雷管脚线与起爆线相连，将布药船撤至安全地点，最后将起爆线引至起爆仪，整个起爆网络就组合完毕。 检查无误后通电起爆。 此时电雷管引爆主导爆索，主导爆索传至非电雷管，非电雷管引爆药包，爆夯完成。 这一起爆网络具有抗扰性强、安全性好、起爆可靠、起爆数量不受限制、使用方便简单等特点。

（5）质量效果检验。 根据夯前、夯后两次高程测量结果，按η=h/H×100%（h 为爆夯前后高程平均值之差，H 为爆夯前抛石层平均厚度）计算夯沉率。本工程夯沉率均能达到设计要求12%，且夯后基床面大致平整，边坡未出现较大坍塌。

5 爆夯施工安全距离的控制

根据《水运工程爆破技术规范(JTS204-2008)》规定：“爆炸源与人员和其他保护对象的安全允许距离，应根据地震波、冲击波和飞散物3 种爆破效应分别计算并取其最大值”。 基床爆夯施工时，个别飞散物跟覆盖水深及装药量等有关，本工程覆盖水层较厚，最大起爆药量控制在500kg 以内，飞散物影响忽略不计，因此只需对水中冲击波和地震波两种爆破效应进行考虑。

（1）水中冲击波安全距离。 根据《水运工程爆破技术规范(JTS204-2008)》6.3.7 的规定，在水深小于30m 的水域进行水下爆破， 水中冲击波对人员和施工船舶安全距离：游泳2000m；潜水2600m；木船500m；铁船250m。

（2） 爆破震动。

根据爆破震动安全允许距离公式R=Q1/3(K/V)1/a

式中，Q 为炸药量（kg），齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量，本工程最后一段60m 一次起爆药量取R=84kg，最大起爆药量取168kg；V 为保护对象所在地质点振动安全允许速度（cm/s），钢筋砼框架结构楼房取5cm/s； 普通民房取2～3cm/s； 重力式码头取5～8 cm/s；R为爆破振动安全允许距离 （m）， 本工程取R=150m；K、a为与爆破点至计算保护对象间的地形、 地质条件有关的系数和衰减指数，根据类似工程平面爆夯施工经验，本工程K=530、a=1.82 。

本工程西侧10# 泊位化工码头距爆夯点最近距离150m，其余区域相对空旷，距离爆点最近的为钢筋砼结构，因此爆破地震应满足V≤5cm/s 的要求。 根据公式R=(K/V)1/aQ1/3按最大起爆药量得出V=K（Q1/3/R）a计算出V=1.3cm/s， 因此该区域爆夯施工能够满足码头整体结构安全要求。

对所取数据的准确性和合理性进行了评估： 因为本工程的抛石基础为强夯地基，故依据规范，设计中K 值取530，a 取值1.82 是合理、可行的。 另外，依据公式详细计算峰值振速，结果均在允许范围之内。

6 基床爆夯质量、安全控制

（1)审查基床爆夯施工方案符合性，必须满足设计要求及规范规定；检查爆破作业前发布爆破通告，应当包括爆破地点、每次爆破起爆时间、安全警戒范围、警戒标志和起爆信号；检查危险源辨识标牌和警示标语的设立、交通警戒船。 做好必要的事前准备工作能够有效地控制质量、安全。

（2）选择最优船舶，以便提高作业功效。 布药应考虑尽可能地降低水流对药包平面位置的影响，因此，条件允许的情况下布药应尽量选择平潮施工。 同时为保证药包起爆位置的准确性， 可通过试验确定水流对药包位置的影响距离以大致确定投药时的提前量。

（3）爆夯段施工前验算一次起爆炸药用量对临近化工码头的影响，安全距离不足时，通过降低一次起爆量、增加爆夯遍数、分层爆夯等方法来降低爆夯影响，避免因起爆产生的地基振动波过大导致临近的码头管桩断裂和厂区内重要设备损坏等现象发生。

(4)施工时加强管控单药包布设位置、悬高和药包重量、药包数量、间排距离、爆夯遍数、一次爆夯的总药量等参数符合设计和爆夯试验确定的要求， 对于出现局部补抛抛石平均厚度大于0.5m，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布放。

(5)分段爆夯时，相邻段应搭接一排，同时相邻爆夯段的尾、首排药包应重复布置在同一断面上，以保证搭接段的夯实效果。

（6）爆夯段一次起爆药量越大，基床夯沉量越大，但也常伴随着出现边坡坍塌、基床局部夯坑、对周边构筑物影响较大等负面效应， 夯后有可能发生边坡严重坍塌的现象，在布药设计时要充分考虑予以避免。

（7）爆夯段夯前测量应延伸至下一段基床10～20m 范围， 在下段基床爆夯施工时此10～20m 数据作为夯前基床面原始标高纳入计算， 以便更准确地反映出爆夯段基床的夯沉量。

（8）爆破影响范围大，对周围的重要设施、码头等主要受水中冲击波和地震波两种爆破效应影响。因此，为确保单排药量一次起爆能够保证临近化工码头和重要设施的安全，应考虑采用爆破测振仪进行振动监测。

（9）在保证质量安全的提前下，对环保必须高度重视。因此，水运工程爆破设计中严格制定控制噪声、控制有害气体和淤泥漂流、 降低地震和冲击波效应等环境保护措施。

7 结语

结果表明，本工程所选的爆夯参数较为妥当，基床夯实效果达到了预期目的。 突出了爆夯密实效果好、 工期短、造价低、且后期沉降小等优点。 但基床爆夯对周边的安全影响较大，尽管如此，只要设计合理，参数选取得当，严格对质量安全控制，仍可采取爆夯。 因此，基床爆夯作业在本工程应用是比较适宜与理想的。