淺析近岸炸礁對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)的影響

馮江鴻

摘 要：由于國(guó)際海運(yùn)的發(fā)展及國(guó)際貿(mào)易的促進(jìn)， 近幾年來我國(guó)沿海地區(qū)都在跟緊“一帶一路”時(shí)機(jī)建設(shè)深水大港。隨著碼頭的大型化發(fā)展及港池、航道的不斷浚深， 水下炸礁爆破在實(shí)踐中應(yīng)用越來越廣泛。本文結(jié)合茂名港博賀新港區(qū)通用碼頭工程水下炸礁施工情況，簡(jiǎn)要論證近岸水下炸礁對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)的影響，為類似工程提供借鑒。

關(guān)鍵詞：炸礁 碼頭 結(jié)構(gòu) 爆破

1.背景簡(jiǎn)介

茂名港博賀新港區(qū)通用碼頭工程位于廣東茂名濱海新區(qū)博賀新港區(qū)內(nèi)，港池礁區(qū)巖石平均頂標(biāo)高為-12.2m;最高巖石頂標(biāo)高為-10.1m，設(shè)計(jì)施工底標(biāo)高為-15.1m，設(shè)計(jì)礁石工程量約為21萬m3（不計(jì)超寬超深），按照原施工計(jì)劃安排，碼頭前沿150米范圍內(nèi)礁石均應(yīng)在沉箱安放前爆破清除完畢。但因港地質(zhì)條件相當(dāng)復(fù)雜，碼頭成型后在原設(shè)計(jì)計(jì)算范圍外仍發(fā)現(xiàn)多處新增礁盤，其中最近距離點(diǎn)與2#泊位碼頭主體間的直線距離僅25m，。如此近距離的炸礁實(shí)施，稍有慎將可能對(duì)碼頭實(shí)體產(chǎn)生相當(dāng)大的結(jié)構(gòu)性影響。

2.工藝簡(jiǎn)介及參數(shù)分析

2.1布孔方式

鉆孔爆破采用中風(fēng)壓鉆機(jī)船施工，鉆孔孔位采用GPS測(cè)量定位，利用鉆機(jī)船拋設(shè)的主纜和橫纜移動(dòng)船位和調(diào)整孔位。在孔位上量測(cè)水深，由施工水位高程和設(shè)計(jì)河底高程計(jì)算巖層的厚度，確定鉆孔深度。

水下鉆孔爆破按由深水到淺水的順序進(jìn)行，且一次鉆爆到設(shè)計(jì)深度，避免分層爆破。鉆孔形式采用垂直鉆孔，布孔方式可采用矩形、三角形或梅花形（如圖1）。

2.2爆破參數(shù)

炸礁船在對(duì)每個(gè)礁區(qū)施工時(shí)，采用平行碼頭前沿線、梅花狀布孔的施工方法進(jìn)行施工。采用一次性鉆至施工設(shè)計(jì)底標(biāo)高-15.1m（未計(jì)超深）的方式鉆孔。根據(jù)本工程的巖石性質(zhì)，鉆爆船的裝備情況及清礁船舶對(duì)巖石破碎塊度和松散度的要求，排距參照《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》（JTS204-2008）和炸礁施工經(jīng)驗(yàn)，本工程設(shè)計(jì)爆破參數(shù)如下：

孔距a：根據(jù)礁區(qū)不同地質(zhì)情況、清礁效果及船舶設(shè)備最終確定，本工程孔距為2.0m。

排距b：根據(jù)本爆破區(qū)的巖石性質(zhì)（強(qiáng)風(fēng)化、中風(fēng)化石英巖）和施工環(huán)境等來確定，排距b=2m。

孔徑d：球齒釬頭外徑115mm，孔徑d=120～125mm。

藥柱直徑D：本工程中使用的藥柱直徑D=90mm，長(zhǎng)度為L(zhǎng)=400mm。

2.3單方耗藥量

單耗q0=q1+q2+q3+q4

式中：q1—基本裝藥量，是一般陸地梯段爆破單耗的2倍。對(duì)于花崗巖一般取0.7kg/m3，對(duì)水下垂直鉆孔，再增加10%。因此q1=1.54 kg/m3。

q—爆區(qū)上方水壓增量;q2=0.01h2，h2—水深（至開挖底部），水深按15m計(jì)算，q2=0.15kg/m3;

q3—爆區(qū)上方覆蓋層增量，q3=0.02h3：h3——覆蓋層厚度，0m，因此q3=0;

q4—巖石膨脹增量，q4=0.03h;h—梯段高度，m，梯段高的范圍為1.5m，因此q4=0.045kg/m3;

所以，本工程單耗按計(jì)算應(yīng)取1.735kg/m3。

塞長(zhǎng)度按經(jīng)驗(yàn)取h0=0.5m-1.0m。

該區(qū)域巖層厚度30cm，超鉆按以往工程經(jīng)驗(yàn)取h1=1.5～2.0m，由于巖層較薄取1.5m，H0=1.8m。

計(jì)算單孔裝藥量Q=q0×a×b×H0=1.735×2.0×2.0×1.8=12kg

3.爆破安全分析

根據(jù)《爆破安全規(guī)程》，重力式碼頭允許的安全振動(dòng)速度為5-8cm/s以下，爆破振動(dòng)安全允許距離按（1）式計(jì)算。

R=（）1/α ·Q1/3? ?（1）

式中：R—爆破振動(dòng)安全允許距離，m;

Q—炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大單段藥量，kg;

V—保護(hù)對(duì)象所在地安全允許質(zhì)點(diǎn)振速，cm/s;

K，α—與爆破點(diǎn)至保護(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)，在無試驗(yàn)數(shù)據(jù)的條件下，可參考下表選取。

由表1可知，巖層越堅(jiān)硬其K值越小，衰減指數(shù)α也相對(duì)較小。而根據(jù)港池地質(zhì)報(bào)告顯示，本工程港池內(nèi)礁石飽水抗壓強(qiáng)度均已超過60Mpa，部分可達(dá)到80Mpa左右，按照“巖體質(zhì)量分類”屬于堅(jiān)硬巖石，k值可取100，α值取1.3，為安全起見安全振動(dòng)頻率值按5cm/s考慮，因此根據(jù)公式（1）反推碼頭前沿25m起爆時(shí)其單段起爆藥量Q= R3 （V/K）3/a應(yīng)小于15.54kg。根據(jù)巖層厚度以及毫秒微差爆破的施工工藝，考慮到現(xiàn)場(chǎng)碼頭結(jié)構(gòu)安全，在本工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工過程中，該處的采用單孔爆破，單段藥使用量為12kg，可以滿足安全爆破要求。現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)振動(dòng)頻率也僅為1.72cm/s，未對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)造成實(shí)體影響。但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際耗藥量及不同的地質(zhì)條件情況再次反推，振速V=K·（Q/R3）α/3，其計(jì)算成果見表2。

按照?qǐng)?jiān)硬巖石強(qiáng)度和現(xiàn)場(chǎng)爆破距離R=25m，Q=12kg計(jì)算，根據(jù)上表可知，爆破可能產(chǎn)生的振速在1.39-6.71cm/s之間，k值越大巖石強(qiáng)度越低其產(chǎn)生的振動(dòng)速度越高。若k取值在150左右，即巖石飽水抗壓強(qiáng)度在60Mpa左右或以下，其振速有可能大于5cm/s，是可能對(duì)碼頭結(jié)構(gòu)造成實(shí)質(zhì)性影響的。而且根據(jù)《爆破安全規(guī)程》，在大型混凝土的澆筑初齡期間，其允許的振動(dòng)速度僅1.5-3.0以下，這種情況更不可在近岸進(jìn)行爆破作業(yè)。

4.結(jié)語

水下炸礁對(duì)近岸建筑物造成影響的條件包括巖層地質(zhì)狀況、巖層厚度、沖擊波傳播途徑、鉆孔深度、炸礁工藝及天氣等諸多因素。近距離炸礁施工需進(jìn)行合理的施工設(shè)計(jì)，綜合考慮不利因素，通過藥量參數(shù)計(jì)算安全距離。同時(shí)，根據(jù)以上計(jì)算分析，在新建碼頭施工過程中，應(yīng)當(dāng)充分考慮各工序的工藝銜接，盡可能在沉箱安放前完成碼頭前沿的所有炸礁施工。若確有必要在碼頭前沿進(jìn)行炸礁作業(yè)，應(yīng)當(dāng)充分考慮巖石種類、強(qiáng)度、深度及水深條件等，在有條件的情況下通過試驗(yàn)確定k值及α值，再通過理論計(jì)算研究碼頭前沿炸礁的可行性。

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