基床爆夯技術(shù)在防波堤工程中的應(yīng)用

崔廣強(qiáng)，吳能森

(1. 福建江夏學(xué)院 工程學(xué)院，福建 福州 350108； 2. 福建農(nóng)林大學(xué) 交通與土木工程學(xué)院, 福建 福州 350002)

隨著工程建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水下爆夯施工技術(shù)已在港口、碼頭等工程領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[1-2]。水下爆夯技術(shù)具有工作效率高、適應(yīng)性強(qiáng)、質(zhì)量可靠的特點(diǎn)，對(duì)爆夯施工工藝、機(jī)理的研究取得較好成果，在爆夯水深、拋石厚度、起爆面積等技術(shù)參數(shù)以及質(zhì)量控制方面也在不斷深入研究[3-6]。水下爆夯施工工作原理：水中拋擲懸掛藥包，水體受到爆炸時(shí)釋放出巨大的能量，同時(shí)產(chǎn)生高壓、高溫爆炸沖擊波的強(qiáng)烈作用，使水體等介質(zhì)壓力和密度急劇增大，產(chǎn)生較大的沖擊波，稱(chēng)為沖擊荷載。該動(dòng)荷載以巨大的壓力施加給基床上的拋石，在此過(guò)程中混合有低振效應(yīng)，兩種作用使拋石產(chǎn)生相對(duì)的位移，石子間相互填充其壓縮空隙，使基床拋石變得更加密實(shí)。拋石機(jī)床的夯實(shí)效果依賴(lài)于沖擊荷載和低振效應(yīng)的共同作用，還與施工中藥包的重量、藥包的間距、爆夯遍數(shù)、基床的厚度、地基持力層土質(zhì)等因素有關(guān)。本文結(jié)合工程實(shí)踐,驗(yàn)證了水下爆夯施工技術(shù)不僅工期短、見(jiàn)效快,而且成本低,質(zhì)量也能保證，是一項(xiàng)值得推廣的新技術(shù)。

1 工程概況

福建省某港區(qū)防波堤及防波堤改造工程全長(zhǎng)477 m，結(jié)構(gòu)形式為重力式沉箱結(jié)構(gòu)，利用拋石處理基床基礎(chǔ)，拋石基床寬22.23 m，厚度7～13.8 m，總拋石方量135 283 m3。

根據(jù)總平面圖和測(cè)量定位，該施工區(qū)域與已有1#泊位相連，擬建工程?hào)|側(cè)約500 m為海上養(yǎng)殖區(qū)，北側(cè)約1 000 m為村莊居民區(qū)，北側(cè)距已建1#泊位建筑物約200 m，西側(cè)為港口水域。距離已建1#泊位60 m范圍內(nèi)的基床采用錘夯施工，其余407 m基床采用爆夯法施工。

2 方案設(shè)計(jì)

2.1 方案的確定

基床總長(zhǎng)477 m，基床密實(shí)處理分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)區(qū)域。具體做法為：Ⅰ區(qū)重錘夯實(shí)，Ⅱ區(qū)單層爆夯，Ⅲ區(qū)二層爆夯?；脖环謪^(qū)如圖1所示，為檢驗(yàn)施工方案，在正式施工前選擇試驗(yàn)段為60 m長(zhǎng)的區(qū)段。

圖1 基床爆夯分區(qū)圖

2.2 參數(shù)的設(shè)計(jì)

2.2.1 爆炸參數(shù)確定

(1)藥包布置。為使沖擊波作用均勻、爆后基床相對(duì)平整、不出現(xiàn)較大的凹陷與凸起，采用正方形網(wǎng)格布置藥包，網(wǎng)格為4 m×4 m，同一層中的藥包第二次布置在垂直軸線上與第一次布藥位置均等錯(cuò)開(kāi)，第三次藥包布置在平行軸線上與第二次布藥位置均等錯(cuò)開(kāi)。

(2)計(jì)算藥包重量。據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式：

Q=q×s×H×η/n

(1)

式中：H—分層厚度(m)；

q—單耗用量，kg/ m3，本工程取q=4.5；

s—單藥包夯實(shí)基床面積(m2)；

η—夯沉率；

n—爆夯的遍數(shù)；

Q—單藥包重量(kg)。

(3)藥包懸掛高度h。結(jié)合水的流動(dòng)和藥包配重共同作用影響，藥包懸掛高度要合理，一般取藥包半徑的1/3≤h≤(0.35～0.4)Q1/3，本工程藥包的懸掛高度為65 cm左右。

(4)單次藥量控制。根據(jù)爆破環(huán)境的要求，在確保附近建(構(gòu))筑物和海上養(yǎng)殖區(qū)安全的條件下，單次起爆藥量控制在200 kg以?xún)?nèi)為宜。

(5)配重設(shè)計(jì)。考慮水流流速，保證藥包位置的準(zhǔn)確性，單個(gè)藥包配重取其重量的1.5倍，配重所用材料一般為顆粒較大的砂土或碎石。

2.2.2 拋填參數(shù)和爆炸參數(shù)設(shè)計(jì)

本工程采用的拋填參數(shù)和爆炸參數(shù)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 爆夯參數(shù)表

2.2.3 安全距離R的確定

R=(K/V)1/α×Q1/3

(2)

式中：R—安全距離(距起爆點(diǎn))(m)；

Q—一次爆炸用藥量(kg)，若分段按單段考慮；

K、α—爆破安全距離系數(shù)、指數(shù)。 根據(jù)工程施工經(jīng)驗(yàn)和《爆破安全規(guī)程》[7]進(jìn)行取值。

安全距離R與起爆藥量、振速V的對(duì)應(yīng)關(guān)系如表2所示。

表2 安全距離R與起爆藥量、振速V的對(duì)應(yīng)關(guān)系

3 施工工藝

3.1 施工流程

拋石基床爆夯施工流程如圖2所示。

圖2 爆夯工序流程圖

3.2 藥包布置

根據(jù)布藥的寬度，結(jié)合本工程的具體特點(diǎn)，布藥采用布藥船上線形投放。具體操作步驟：①制作單個(gè)藥包并加配重，將藥包放置于布藥船邊；②在布藥船邊劃定藥包布置刻度線，并備漂浮物；③在爆區(qū)定位布藥船，根據(jù)定位刻度線定出藥包的位置；④工人將藥包和配重物拋擲已定位的水中，按施工方案逐排拋擲。相鄰排藥包相距16 m以上，防止第一排藥包起爆將第二排藥包炸壞，據(jù)此循環(huán)施工作業(yè)，完成所有布藥施工，布藥船撤離至安全的位置。其具體爆破作業(yè)操作示意圖如圖3～圖5所示。

圖3 基床爆夯施工布藥立面圖

圖4 基床爆夯布藥平面圖

圖5 基床爆夯拋石分層縱斷面示意圖

3.3 起爆網(wǎng)絡(luò)的連接

導(dǎo)爆管并聯(lián)連接各藥包，利用電雷管來(lái)引爆塑料導(dǎo)爆管，將電雷管腳線與起爆電線連接，起爆電線連接發(fā)爆器，組成完整的起爆網(wǎng)絡(luò)。考慮爆破震動(dòng)對(duì)周?chē)慕?構(gòu))筑物影響，采用微差爆破技術(shù)起爆，起爆網(wǎng)絡(luò)如圖6所示。

圖6 起爆網(wǎng)絡(luò)圖

4 效果檢測(cè)

水下拋石基床的爆夯質(zhì)量，與拋石的拋填平整度和所選石料的級(jí)配狀態(tài)等有關(guān)，還取決于藥包布置位置的準(zhǔn)確性、起爆網(wǎng)絡(luò)的安全性和爆炸起爆的有效動(dòng)荷載情況[8～10]，其質(zhì)量的控制指標(biāo)主要包含爆后平整度應(yīng)滿(mǎn)足施工要求和爆夯后基床平均沉降率大于或等于15﹪。本工程對(duì)各個(gè)斷面的平整度和夯沉率進(jìn)行的檢驗(yàn)均符合規(guī)范要求，工程施工質(zhì)量較好，具體見(jiàn)表3。

表3 基床夯沉統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)

5 結(jié)語(yǔ)

(1)福建某港區(qū)防波堤工程基床處理采用爆夯施工技術(shù)，通過(guò)工程實(shí)例驗(yàn)證該技術(shù)是切實(shí)可行的，效果較好。

(2)通過(guò)夯沉率的驗(yàn)證，能夠較好地檢測(cè)施工段的施工質(zhì)量，基床爆夯后的平整度可以滿(mǎn)足工程實(shí)際要求，節(jié)省了后續(xù)工作的施工準(zhǔn)備時(shí)間。

(3)爆夯法處理基床具有設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、原理清晰、施工效率高、性?xún)r(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，在已有的工程中取得了較好的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益。但要使爆夯技術(shù)能更大范圍的應(yīng)用，發(fā)揮其高效性取得更大的社會(huì)效果，還要在理論方面做更深入透徹的研究與實(shí)驗(yàn)，特別是要在爆夯層厚度與爆夯遍數(shù)及藥包懸掛高度等方面深入研究。

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