重力式码头基床爆夯质量控制及安全控制

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1、前言

爆夯作为成熟的工艺，已有《爆炸法处理水下地基和基础技术规程》为基本依据，但在实际工程中，各个参数的选取仍要根据具体情况确定。最重要的是要满足两点：1安全控制；2施工质量。安全控制方面应符合国家相关规定；对于重要安全目标应加大安全系数。关于爆夯质量，应设计（理论计算）合理并在实际检测中应达到预期的要求。由于在施工的过程中，外部的干扰和各种影响不断增多，因此，在确保安全要求情况下，必须采取有效的控制措施来提高爆夯施工质量。

2、工程概况

厦门嵩屿港区1#泊位为新建一个10万级码头，岸线长为407米，新建一个岸线长度120米的工作船码头，码头前沿底标高均为-17.0米（厦门理论最低潮位面，下同）；西护岸长142.56米；码头顶面标高为+8.2米，水工主体采用重力式沉箱结构形式。基床设计标高为-8m、-12m和-17m。本工程施工区周围环境较为复杂。1#泊位东侧是正在建设的2#泊位，南侧和西侧为港池及海域，南侧距离厦门嵩屿港区主航道较近，经常有大型集装箱船等各种船只过往、停靠。本泊位以及毗邻的2#泊位施工现场有挖泥、抛石、炸礁、等各种工序交叉作业，对爆夯影响很大 .1#泊位北侧为嵩屿电厂， 由于电厂一些设备对爆破夯实造成的震动很敏感，若是震动过大则会导致设备自动跳闸，会影响到整个厦门市的工农业生产及生活用电。为施工中不要影响到电厂生产，在施工前有关部门还邀请六位专家在爆夯前进行了技术方案的论证，达成主要意见如下：“药量从小到大，基床爆夯最大起爆药量不得超过400kg，单段最大起爆药量不得超过200kg”。

3、第一段基床爆夯

根据施工安排及抛石进度，基床爆夯先从小沦泊位开始，其基本数据见下表：

小沦泊位基床面标高（m）基床顶面宽度（m）基床护坦宽度（m）抛石厚度（m）抛石平均厚度（m）平均水深-17.0018.005.508.2～11.79.9517

3.1 爆夯原理药包爆炸时将产生高温、高压、气体膨胀，在水中产生冲击波和气泡脉动，这些强烈压力作用在抛石体时，造成抛石体棱角变形断裂，随之石块之间发生位移，相对位置发生变化，空隙体积减少，基床抛石体被压实。与此同时，药包爆炸的一部分能量转化为地震波，地震波使抛石基床出现颠簸和摇晃，抛石基床在这种垂直和水平方向震动的作用下，使原有的松散稳定结构遭到破坏，石块产生滑动、转动、错位，小石块充填到大石块之间的缝隙中，抛石体重新排列组合，密度增大，达到抛填体在更高荷载下的稳定平衡。同时，由于膨胀气体产生的高压作用将使抛填体受到“锤击”效应，从而使抛填体进一步密实。水下爆炸夯实抛石体实际上是爆炸引起的冲击波、高压气体脉动。地震波及流体运动与抛石体相互作用的结果。

3.2爆夯参数计算根据《爆炸法处理水下地基和基础技术规程》水下爆夯单包药量设计应符合下列规定：

q= q0‘×a×b×H×η/n式中：

q0‘ —爆破夯实单耗，指爆破压缩单位体积石体所需的药量（kg/m3）。取4.0～5.5 kg/m3对较松散石体取大值，较密实石体取小值；

a、b—药包间距、排距（m）；

H—爆破夯实前抛石层平均厚度（m）；

η—夯实率（%），对没有前期预压密历史的石体可取10%～15%，对有前期预压密历史的石体视预压密程度可作适当折减；

n—爆破夯实遍数，对无前期预压密历史的石体可取3～4遍，对有前期预压密历史的石体可取2～3遍。

在厦门嵩屿港区1#泊位基床爆夯施工中，爆夯的平均水深大于20m，能量利用率比较高，同时考虑到抛石级配比较好，所以在本工程计算药量取值时，对单耗取：q0‘=4kg/m3

η=12%。在本工程中对爆夯引起的振动控制比较严格，设计要求一次爆夯总药量要小于400kg，单段起爆总药量要小于200kg。为了既满足振动安全要求，又保证爆夯施工质量，在决定爆夯参数时要充分考虑两方面的因素。

规程规定，爆夯的分层夯实每层厚度H不宜大于12m，在本工程中，要求H小于6m通过增加分层，减小每次爆夯药量。对于爆夯网格，取间距a=4，排距b=5。由于在本工程中爆夯遍数取n=3遍，所以我们取较大的爆夯网格，这样在不增加单次爆夯总药量的情况下，可以用较大的单个药包，使爆夯作用有足够的影响深度，使基床有较好的整体密实效果。

因为夯后基床需要人工整平，所以爆夯时药包直接放在基床上，在爆夯的3遍中，为了使夯后效果更好，在不改变总药量的情况下，前两遍用药量较大，第三遍适当减小。

3.3爆炸网路受一次起爆总药量400kg的限制， 采用群药包4m×5m方格式网格布药，布药排数为5排，每排药包数为6个，总药量约为384kg， 采用8段非电雷管延时，既延时时长约为250毫秒，这样既可以保证每段爆夯引起的震动不产生叠加，又确保了相邻药包的安全起爆。

3.4爆破安全

3.4.1．安全技术措施为保证安全，由专人统一协调各有关单位的警戒和人员的撤离，在水下爆夯期间，所有人员不得在非安全区内游泳或潜水作业，船只不得在非安全区通行，爆破前派出警戒船，进行海上警戒。所有警戒点都事先设定，并有专人负责。船只和施工人员要密切配合，及时撤离到安全区。

爆破作业人员严格按爆破操作规程作业。爆破采用电起爆、起爆器由专业爆破员保管和使用。在爆后进行安全检查、确定无爆炸危险后，解除警戒。

3.4.2．安全评估关于水下爆夯安全，主要有以下几方面：1） 爆夯引起的地基振动；2）水中冲击波；3）个别分散物；4）噪音。本工程对上述危害做出了如下的安全评估，以保障水下爆夯施工安全的进行：

a．爆破震动按照国家标准《爆破安全规程》（GB6722-86）和交通部行业标准《爆炸法处理水下地基和基础技术规程》（JTJ/T258-98）上所列数据，普通民房的抗震能力V=2.0～3.0cm/s，钢筋砼框架结构房取V=5.0cm/s，重力式码头取5.0～8.0 cm/s，本工程距爆点最近的电厂输煤栈桥为钢筋砼结构，因此爆破地震应满足安全地震速度V≤5.0 cm/s的要求，已知栈桥到爆点的距离大于100m，由爆破地震速度计算公式：V=K·（Q1/3/R）a（cm/s）

式中：

R：建筑物距爆点最近距离（m）；本工程取100m；

Q：一次起爆药量（kg）；本工程取200kg；单段最大取100kg。K、α为与传震介质等有关的系数、指数，取K=530，α=1.82。由上式计算得V=3.17 cm/s，我们设计的最大单段药量爆破产生的震动远小于安全值，完全可以保证栈桥的安全。另外，我们也依据公式详细计算了电厂以及其它重要建筑物的地震速度，结果均在允许范围之内。

b．水中冲击波本工程为了确保安全，特别执行以下两点原则：1.只要有人在爆夯水域内水下作业，一律不进行爆夯作业，严格规定爆夯和水下作业的时间段。2.爆夯的时候严格执行《爆炸法处理水下地基和基础技术规程》（JTJ/T258-98）中有关对人员和船舶的安全距离的规定（具体见下表）

水中冲击波对人员和船舶的安全距离

K0安全距离（m）木船50300铁船25150游泳2501500潜水2501920

c．个别飞散物及噪音爆炸处理基床施工时，个别飞散物的距离和噪音，跟覆盖水深及装药量等有关，本工程水深较大，单药包药量小于20kg，所以在本工程中，爆夯安全控制主要针对爆夯引起的基础振动和水中冲击波，在水下17m以上深度的基床上爆破，一般不会有飞散物，爆炸的噪音也比较小。

3.5起爆采用非电雷管网络和有线起爆配合进行爆破入水中，布药，将连接起爆体的起爆线引至布药船上，然后将起爆体与爆破网路连接并绑上浮漂投船撤至安全区，指挥员与海域、陆域岗哨联络，确认无人员、车辆、船只逗留在非安全区，即指令爆破工将起爆线与起爆器连接，充电起爆。

3.6爆夯效果在按上述施工方案进行爆破夯实时，厦门市地震局在主控室和主厂房锅炉平台以及主厂房外平台等进行了地震波的监测，测得的地震波范围为V=0.127～0.247cm/s，均小于GB6722—86《爆破安全规程》对非抗震的大型砌块建筑物规定安全震动速度在2～3cm/s的要求，因此爆破不会对电厂及其附属设施造成危害。

爆后当天进行了夯后测量， 按η=ΔH/H×100% （ΔH为爆夯前爆夯后高程平均值之差（平均沉降量），H为爆夯前石层平均厚度）。计算夯沉率为13%，符合《爆炸法处理水下地基和基础技术规程》，夯实率（%），对没有前期预密的石体可取10%—15%的要求。

4、结论

从本工程的爆夯过程可以再次验证爆夯是一门成熟的施工工艺，本工程的设计所依据的理论和计算公式是可靠的，与锤夯相比，爆夯有其明显的优点，如工期短，造价低，后期沉降小等。 不可否认的是爆夯对周边的安全影响较大如：振动、水中冲击波等，尽管如此，只要设计合理，操作严格，在比较复杂的环境下，仍可爆夯。