淺析重力式碼頭基床爆夯質(zhì)量安全控制

陳文龍

（福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司，福州 350001）

1 工程概況

福州港江陰港區(qū)8#、9# 泊位碼頭， 近期建設(shè)3 個(gè)3萬噸級(jí)通用件雜貨泊位， 遠(yuǎn)期調(diào)整改造為1 個(gè)5 萬噸級(jí)和1 個(gè)7 萬噸級(jí)集裝箱泊位。 工程結(jié)構(gòu)形式為碼頭平臺(tái)采用大型重力式沉箱結(jié)構(gòu)，按靠泊15 萬噸級(jí)集裝箱船設(shè)計(jì)。 碼頭基床設(shè)計(jì)頂標(biāo)高-17.5m，夯實(shí)頂寬24.4m，基床爆夯長(zhǎng)度791.407m，基床拋石厚度5.5m～15.1m，一次爆夯厚度不超過12m， 基床爆破夯實(shí)方量為208665m3。 本工程基床密實(shí)采用爆炸夯實(shí)并且頂面要進(jìn)行拋石補(bǔ)平錘夯。

2 爆破密實(shí)機(jī)理

懸浮在基床頂面的藥包在水中爆炸時(shí)釋放出巨大能量， 藥包周圍的水直接受到高溫、 高壓爆炸沖擊波的作用，強(qiáng)烈地壓縮藥包周圍的水介質(zhì)，使其壓力、密度突然升高，形成強(qiáng)烈的沖擊波，即沖擊荷載。 沖擊荷載以壓力的形式作用于拋石基床，并伴隨地震效應(yīng)，兩種作用均使塊石產(chǎn)生錯(cuò)動(dòng)，相互壓縮、填充并減少空隙，從而達(dá)到基床密實(shí)。

3 爆夯參數(shù)設(shè)計(jì)

每一施工段每一層爆夯三遍， 每遍施工均采用導(dǎo)爆索聯(lián)接各個(gè)導(dǎo)爆管雷管， 最終采用非電起爆器引爆導(dǎo)爆索來引爆整個(gè)網(wǎng)路的方式進(jìn)行。為使爆夯作用均勻，爆后基床平整，藥包平面采用正方形網(wǎng)格布置。第二遍爆夯藥包位置同第一、三遍錯(cuò)開，交錯(cuò)2 m 布置。 本工程選用防水乳化炸藥，要求單藥包藥量允許偏差±5%。根據(jù)已有的施工經(jīng)驗(yàn)， 在水下爆破作業(yè)時(shí)， 必需考慮炸藥主要性能有：炸藥的起爆感度；炸藥抗水性能及炸藥的威力，故選用防水乳化炸藥能滿足本工程要求。

（1）爆夯參數(shù)選定。 根據(jù)《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》JTS204-2008 規(guī)定，結(jié)合以往類似工程經(jīng)驗(yàn)，按照下列公式計(jì)算爆破夯實(shí)藥量：

單藥包藥重Q=q0×a×b×H×η/ n

式中，q0——爆夯夯實(shí)單耗（kg/m3），規(guī)范要求4.0～5.5，本工程取4.0；

a、b——藥包間距、藥包排距；本工程為a=4,b=4；

H——爆破夯實(shí)前石層平均厚度(m)，本工程按5.5m計(jì)算，施工中根據(jù)各爆夯段實(shí)際平均厚度進(jìn)行調(diào)整；

η——夯實(shí)率%。 規(guī)范要求10%～15%， 本工程選取12%；

n——爆破夯實(shí)遍數(shù)。 規(guī)范要求2～4，取2～3 遍；

h2——懸掛高度。 考慮水的隔離和配重物的影響效果， 藥包懸掛高度不宜過大， 取藥包半徑的h2≤（0.35～0.5）Q1/3。 本工程 取值0.6m。

（2）試驗(yàn)段爆夯施工。 為檢驗(yàn)單包藥量、爆破夯實(shí)單耗、藥包數(shù)量、間排距離、一次爆夯齊爆段數(shù)、爆夯遍數(shù)等參數(shù)， 本工程選取K0+450～K0+520、K0+650～K0+730 兩段進(jìn)行典型試驗(yàn)施工。

經(jīng)夯前夯后水深測(cè)量計(jì)算爆夯段夯沉率為：K0+450～K0+520 段夯沉率為12.63%；K0+650～K0+730 段夯沉率為12.81%，均能達(dá)到設(shè)計(jì)夯沉率12%。

4 爆夯施工

（1）夯前基床頂面標(biāo)高測(cè)量。爆夯前用回聲測(cè)深儀結(jié)合測(cè)深水砣按5m 一個(gè)斷面，2m 一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行全斷面測(cè)量，準(zhǔn)確取得夯前基床面原始數(shù)據(jù)。出現(xiàn)拋石標(biāo)高高差過大的區(qū)域及時(shí)予以補(bǔ)拋， 保證爆夯前整個(gè)拋石基床面平整，其局部頂面標(biāo)高不得低于0.5m。

（2）制作藥包。將導(dǎo)爆索、導(dǎo)爆管做好加工，待炸藥運(yùn)輸至爆夯船后，于爆夯船上制作藥包。藥包使用2 號(hào)巖石乳化炸藥， 用非電毫秒差導(dǎo)爆管雷管插入藥卷做成起爆體，用膠布扎緊塞入藥包中。然后將乳化炸藥連同起爆體一起放入編織袋中，扎緊袋口。 為保證藥包懸浮高度，在每個(gè)藥包中放一定數(shù)量的泡沫， 與藥包下方配重砂袋相連，保證藥包在基床面上0.6m 處。

（3）藥包的敷設(shè)工藝流程。布藥應(yīng)根據(jù)潮位表選擇最優(yōu)時(shí)段進(jìn)行布藥， 以及要考慮布藥寬度及引爆頻率高的特點(diǎn)。布藥作業(yè)船平行于基床前進(jìn)方向駐位，按設(shè)計(jì)藥包間距位置逐排依次投放藥包，敷設(shè)應(yīng)逆流進(jìn)行，并逐排向起爆點(diǎn)后退。 工藝流程如下：①布藥船上制作藥包，加入配重體，按爆夯參數(shù)將藥包置于船舷一側(cè)；②實(shí)測(cè)水深在藥包上捆扎藥包繩索，準(zhǔn)備漂浮物備用；③布藥船上由爆破工把導(dǎo)爆雷管一排藥包聯(lián)接，導(dǎo)爆管雷管捆扎完畢后，將全部導(dǎo)管引線并聯(lián)捆綁，并用繩索控制備用；④布藥船結(jié)合GPS 定出藥包的準(zhǔn)確位置；⑤爆破工按爆破指揮員的要求同時(shí)投入藥包至基床表面，拉脫藥包引繩；一次布設(shè)一排藥包，然后移動(dòng)作業(yè)船布設(shè)第二排藥包，兩排布設(shè)完畢后，作業(yè)船撤離爆破區(qū)至安全位置進(jìn)行引爆。以此循環(huán)作業(yè)，直至完成全部排段的布藥施工。

（4）聯(lián)線起爆。藥包敷設(shè)完畢后將電雷管腳線與起爆線相連，將布藥船撤至安全地點(diǎn)，最后將起爆線引至起爆儀，整個(gè)起爆網(wǎng)絡(luò)就組合完畢。 檢查無誤后通電起爆。 此時(shí)電雷管引爆主導(dǎo)爆索，主導(dǎo)爆索傳至非電雷管，非電雷管引爆藥包，爆夯完成。 這一起爆網(wǎng)絡(luò)具有抗擾性強(qiáng)、安全性好、起爆可靠、起爆數(shù)量不受限制、使用方便簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

（5）質(zhì)量效果檢驗(yàn)。 根據(jù)夯前、夯后兩次高程測(cè)量結(jié)果，按η=h/H×100%（h 為爆夯前后高程平均值之差，H 為爆夯前拋石層平均厚度）計(jì)算夯沉率。本工程夯沉率均能達(dá)到設(shè)計(jì)要求12%，且夯后基床面大致平整，邊坡未出現(xiàn)較大坍塌。

5 爆夯施工安全距離的控制

根據(jù)《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范(JTS204-2008)》規(guī)定：“爆炸源與人員和其他保護(hù)對(duì)象的安全允許距離，應(yīng)根據(jù)地震波、沖擊波和飛散物3 種爆破效應(yīng)分別計(jì)算并取其最大值”。 基床爆夯施工時(shí)，個(gè)別飛散物跟覆蓋水深及裝藥量等有關(guān)，本工程覆蓋水層較厚，最大起爆藥量控制在500kg 以內(nèi)，飛散物影響忽略不計(jì)，因此只需對(duì)水中沖擊波和地震波兩種爆破效應(yīng)進(jìn)行考慮。

（1）水中沖擊波安全距離。 根據(jù)《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范(JTS204-2008)》6.3.7 的規(guī)定，在水深小于30m 的水域進(jìn)行水下爆破， 水中沖擊波對(duì)人員和施工船舶安全距離：游泳2000m；潛水2600m；木船500m；鐵船250m。

（2） 爆破震動(dòng)。

根據(jù)爆破震動(dòng)安全允許距離公式R=Q1/3(K/V)1/a

式中，Q 為炸藥量（kg），齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大一段藥量，本工程最后一段60m 一次起爆藥量取R=84kg，最大起爆藥量取168kg；V 為保護(hù)對(duì)象所在地質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)安全允許速度（cm/s），鋼筋砼框架結(jié)構(gòu)樓房取5cm/s； 普通民房取2～3cm/s； 重力式碼頭取5～8 cm/s；R為爆破振動(dòng)安全允許距離 （m）， 本工程取R=150m；K、a為與爆破點(diǎn)至計(jì)算保護(hù)對(duì)象間的地形、 地質(zhì)條件有關(guān)的系數(shù)和衰減指數(shù)，根據(jù)類似工程平面爆夯施工經(jīng)驗(yàn)，本工程K=530、a=1.82 。

本工程西側(cè)10# 泊位化工碼頭距爆夯點(diǎn)最近距離150m，其余區(qū)域相對(duì)空曠，距離爆點(diǎn)最近的為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，因此爆破地震應(yīng)滿足V≤5cm/s 的要求。 根據(jù)公式R=(K/V)1/aQ1/3按最大起爆藥量得出V=K（Q1/3/R）a計(jì)算出V=1.3cm/s， 因此該區(qū)域爆夯施工能夠滿足碼頭整體結(jié)構(gòu)安全要求。

對(duì)所取數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和合理性進(jìn)行了評(píng)估： 因?yàn)楸竟こ痰膾伿A(chǔ)為強(qiáng)夯地基，故依據(jù)規(guī)范，設(shè)計(jì)中K 值取530，a 取值1.82 是合理、可行的。 另外，依據(jù)公式詳細(xì)計(jì)算峰值振速，結(jié)果均在允許范圍之內(nèi)。

6 基床爆夯質(zhì)量、安全控制

（1)審查基床爆夯施工方案符合性，必須滿足設(shè)計(jì)要求及規(guī)范規(guī)定；檢查爆破作業(yè)前發(fā)布爆破通告，應(yīng)當(dāng)包括爆破地點(diǎn)、每次爆破起爆時(shí)間、安全警戒范圍、警戒標(biāo)志和起爆信號(hào)；檢查危險(xiǎn)源辨識(shí)標(biāo)牌和警示標(biāo)語的設(shè)立、交通警戒船。 做好必要的事前準(zhǔn)備工作能夠有效地控制質(zhì)量、安全。

（2）選擇最優(yōu)船舶，以便提高作業(yè)功效。 布藥應(yīng)考慮盡可能地降低水流對(duì)藥包平面位置的影響，因此，條件允許的情況下布藥應(yīng)盡量選擇平潮施工。 同時(shí)為保證藥包起爆位置的準(zhǔn)確性， 可通過試驗(yàn)確定水流對(duì)藥包位置的影響距離以大致確定投藥時(shí)的提前量。

（3）爆夯段施工前驗(yàn)算一次起爆炸藥用量對(duì)臨近化工碼頭的影響，安全距離不足時(shí)，通過降低一次起爆量、增加爆夯遍數(shù)、分層爆夯等方法來降低爆夯影響，避免因起爆產(chǎn)生的地基振動(dòng)波過大導(dǎo)致臨近的碼頭管樁斷裂和廠區(qū)內(nèi)重要設(shè)備損壞等現(xiàn)象發(fā)生。

(4)施工時(shí)加強(qiáng)管控單藥包布設(shè)位置、懸高和藥包重量、藥包數(shù)量、間排距離、爆夯遍數(shù)、一次爆夯的總藥量等參數(shù)符合設(shè)計(jì)和爆夯試驗(yàn)確定的要求， 對(duì)于出現(xiàn)局部補(bǔ)拋拋石平均厚度大于0.5m，按原設(shè)計(jì)藥量減少一半進(jìn)行補(bǔ)夯，補(bǔ)夯范圍的藥包按原設(shè)計(jì)位置布放。

(5)分段爆夯時(shí)，相鄰段應(yīng)搭接一排，同時(shí)相鄰爆夯段的尾、首排藥包應(yīng)重復(fù)布置在同一斷面上，以保證搭接段的夯實(shí)效果。

（6）爆夯段一次起爆藥量越大，基床夯沉量越大，但也常伴隨著出現(xiàn)邊坡坍塌、基床局部夯坑、對(duì)周邊構(gòu)筑物影響較大等負(fù)面效應(yīng)， 夯后有可能發(fā)生邊坡嚴(yán)重坍塌的現(xiàn)象，在布藥設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮予以避免。

（7）爆夯段夯前測(cè)量應(yīng)延伸至下一段基床10～20m 范圍， 在下段基床爆夯施工時(shí)此10～20m 數(shù)據(jù)作為夯前基床面原始標(biāo)高納入計(jì)算， 以便更準(zhǔn)確地反映出爆夯段基床的夯沉量。

（8）爆破影響范圍大，對(duì)周圍的重要設(shè)施、碼頭等主要受水中沖擊波和地震波兩種爆破效應(yīng)影響。因此，為確保單排藥量一次起爆能夠保證臨近化工碼頭和重要設(shè)施的安全，應(yīng)考慮采用爆破測(cè)振儀進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)。

（9）在保證質(zhì)量安全的提前下，對(duì)環(huán)保必須高度重視。因此，水運(yùn)工程爆破設(shè)計(jì)中嚴(yán)格制定控制噪聲、控制有害氣體和淤泥漂流、 降低地震和沖擊波效應(yīng)等環(huán)境保護(hù)措施。

7 結(jié)語

結(jié)果表明，本工程所選的爆夯參數(shù)較為妥當(dāng)，基床夯實(shí)效果達(dá)到了預(yù)期目的。 突出了爆夯密實(shí)效果好、 工期短、造價(jià)低、且后期沉降小等優(yōu)點(diǎn)。 但基床爆夯對(duì)周邊的安全影響較大，盡管如此，只要設(shè)計(jì)合理，參數(shù)選取得當(dāng)，嚴(yán)格對(duì)質(zhì)量安全控制，仍可采取爆夯。 因此，基床爆夯作業(yè)在本工程應(yīng)用是比較適宜與理想的。