重力式码头厚基床深水爆夯施工实践与探讨

【关键词】 重力式 码头厚基床 深水爆夯 

　　1 基本情况 

　　福州港平潭港区金井作业区2#～5#泊位工程位于平潭岛西南部北厝镇吉钓村前方海域，码头采用重力式沉箱结构，码头基床由10～100kg、10～500kg两种规格的块石抛填而成，基床顶面宽24.8m（其中2#泊位顶面宽20.35m），基床爆夯长度（含延伸段）约为1300m，码头基床顶标高为-15.4m（其中2#泊位基床顶标高为-11.4m），基床底标高-51.6～-38.5m，设计低水位+0.54m、设计高水位+6.83m。基床最大厚度38.7m，分层抛填块石、分层爆夯，底层抛石层施工控制顶标高为-40.4m，爆夯施工最大水深条件达47m。 

　　2 爆破密实机理 

　　悬浮在基床上方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，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 爆破参数设计 

　　（1）布药网格。药包布置从平面上整体采用梅花形布置，单遍爆夯药包则采用正方形网格布置，正方形网格采用4.0m×4.0m。（爆夯药包平面布置以基床顶层布药为例见图1所示） 

　　（2）单药包药量（Q）设定。Q=q0×a×b×H×η/n 

　　式中Q—单药包药量（kg）； 

　　q0—爆夯单耗（kg/m3），本项目取4kg/m3； 

　　a—药包间距（m），本项目取为4m； 

　　b—药包排距（m），本项目取为4m； 

　　H—爆夯前石层平均厚度（m）； 

　　η—夯实率，本项目平均夯实率按不低于12%计算； 

　　n—爆夯遍数，本项目取3遍。 

　　（3）悬挂高度（h）。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，本项目爆夯药包悬高取在石层上方50cm处。 

　　（4）一次齐发起爆药量。为确保周边建筑物的安全，一次齐发起爆药量控制在700kg以内，采用毫秒微差延时起爆技术，最大单段药量控制在120kg以内。 

　　（5）药包配重。为了保证药包位置准确，配重材料选用容重较大的砂土。配重为药包重量1.5～2倍。 

　　4 爆夯工艺流程

　　4.1 药包制作 

　　按爆夯参数要求的药包质量称取乳化炸药，为了保证悬高药包能悬浮，在药包中放一定数量的泡沫，在药包下方连接一个装有砂子的编织袋配重，连结绳长0.5～0.6m。 

　　4.2 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，采用自航200T铁驳船作为布药船，线形方式布药。 

　　（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）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）船舶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，以此循环作业，直至完成布药施工。施工船撤离爆区至安全位置。（爆夯作业船定位布药见图3所示） 

　　4.3 爆破网络 

　　爆破网络平面示意见图4所示。 

　　5 质量检查 

　　（1）在爆夯前后分别对基床标高进行测量，采用测深仪和全站仪配合测水深，每5m取一个断面，并计算爆夯沉降率，沉降率小于设计要求时，则需重新布药补夯一遍，直至满足要求为止。 

　　（2）断面测量范围应超出基床顶边坡线10m，以反映爆夯的整体效果，检查边坡的稳定情况。 

　　（3）药包制作及布设允许偏差值。 

　　（4）每炮准爆率不低于90%，小于60%应补爆一次，60%～90%局部进行补爆。 

　　（5）当夯实后补抛块石的面积大于1/3构件底面积或连续面积大于30m2，且厚度普遍大于0.5m时，应作补夯处理。 

　　6 深厚基床爆夯作业难点分析、对策 

　　根据施工图纸和《水运工程爆破技术规范》（JTS204-2008）的要求，抛石层最大层厚不超过15m，因此抛石基床总体上分为四层施工，每层爆夯三遍。底层抛石层控制施工标高为-40.4m，该层施工水深41～47m，是本项目爆夯施工的关键，其主要难点分析及对策： 

　　（1）波浪、潮流对药包布设的影响。在水深41～47m条件下，波浪、潮流对药包的漂移作用加大，即便在平潮时段，在药包下放至抛石层顶面的漫长过程中，药包在施工实践中还是经常出现偏移2～3m的现象。为此，除加大药包配重外，对整排药包采用串联连接、整排同步下水最大限度减小深水布药的偏移影响。 

　　（2）深水、高压条件下对炸药准爆性能的影响。药包在深水条件下，抗水性、抗压性、内部构造都会发生变化，甚至可能造成无法起爆。为此，在炸药的选择上，考虑到震源药柱的有毒成分对周边海洋生态环境的影响较大，确定乳化炸药为首选，鉴于该种炸药在目前国内水深40m以上的深水爆破工程案例较少，决定加大起爆能，采用导爆索折叠加工而成的起爆头代替雷管起爆药包。在工程实践中，本项目没有出现乳化炸药拒爆的现象，证明在水深45m以内的条件下，乳化炸药仍是基床爆夯领域的“一哥”。 

　　7 深水裸露爆破有害效应的控制及探索 

　　水下爆破有害效应主要有冲击波、爆破振动和个别飞散物。在深水、裸露爆破条件下，以爆破振动及水中冲击波两种有害效应的影响最大。 

　　（1）爆破振动影响。在距离爆破地点500m以内的陆上敏感目标、各种建、构筑物是爆破振动有害效应的主要受害者，爆破振动容易造成项目所在地陆上危旧民房墙体开裂，随着一次起爆药量的加大，甚至危害范围可能达到1000m以上敏感目标及建、构筑物，因此在施工中采用了毫秒微差延时起爆技术、降低一次起爆药量、降低最大单段药量、保护目标近体防护等措施减缓爆破振动有害效应的影响。 

　　爆破振动安全距离公式： 

　　（2）水中冲击波影响。目前世界各国对水中冲击波均采用库尔的经验公式计算，即：式中： 

　　水中冲击波对施工船舶、过往船只、水下人员等移动目标的影响均可通过事先张贴爆破告示、广播公告、警戒船舶驱离等措施避开有害效应。 

　　对于周边水产养殖区等相对固定目标，特别是黄花鱼等高度敏感养殖渔类（根据实践经验，黄花鱼对水中冲击波的承受压力极值为50kPa左右。）必须采用小药量、多段位起爆特殊处理。根据水下基床爆夯项目所做的专项试验研究，一次起爆药量48kg，分成三个段位，对距离爆破点1.75km处水域造成的压力峰值为11.34kPa，对距离爆破点2.1km处水域造成的压力峰值为9.21kPa。所以，考虑安全系数，对于爆破地点周边存在黄花鱼等高度敏感养殖渔类的项目，养殖区应搬迁至2km以外，且采用小药量、多段位起爆才能保证安全。 

　　参考文献： 

　　[1]工程爆破理论与技术[M].冶金工业出版社，2008. 

　　[2]水运工程爆破技术规范JTS204-2008[S].人民交通出版社，2008.