淺析重力式碼頭基床爆夯質量安全控制

陳文龍

（福建省交通建設工程監理咨詢有限公司，福州 350001）

1 工程概況

福州港江陰港區8#、9# 泊位碼頭， 近期建設3 個3萬噸級通用件雜貨泊位， 遠期調整改造為1 個5 萬噸級和1 個7 萬噸級集裝箱泊位。 工程結構形式為碼頭平臺采用大型重力式沉箱結構，按靠泊15 萬噸級集裝箱船設計。 碼頭基床設計頂標高-17.5m，夯實頂寬24.4m，基床爆夯長度791.407m，基床拋石厚度5.5m～15.1m，一次爆夯厚度不超過12m， 基床爆破夯實方量為208665m3。 本工程基床密實采用爆炸夯實并且頂面要進行拋石補平錘夯。

2 爆破密實機理

懸浮在基床頂面的藥包在水中爆炸時釋放出巨大能量， 藥包周圍的水直接受到高溫、 高壓爆炸沖擊波的作用，強烈地壓縮藥包周圍的水介質，使其壓力、密度突然升高，形成強烈的沖擊波，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，兩種作用均使塊石產生錯動，相互壓縮、填充并減少空隙，從而達到基床密實。

3 爆夯參數設計

每一施工段每一層爆夯三遍， 每遍施工均采用導爆索聯接各個導爆管雷管， 最終采用非電起爆器引爆導爆索來引爆整個網路的方式進行。為使爆夯作用均勻，爆后基床平整，藥包平面采用正方形網格布置。第二遍爆夯藥包位置同第一、三遍錯開，交錯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%。根據已有的施工經驗， 在水下爆破作業時， 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）爆夯參數選定。 根據《水運工程爆破技術規范》JTS204-2008 規定，結合以往類似工程經驗，按照下列公式計算爆破夯實藥量：

單藥包藥重Q=q0×a×b×H×η/ n

式中，q0——爆夯夯實單耗（kg/m3），規范要求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——爆破夯實前石層平均厚度(m)，本工程按5.5m計算，施工中根據各爆夯段實際平均厚度進行調整；

η——夯實率%。 規范要求10%～15%， 本工程選取12%；

n——爆破夯實遍數。 規范要求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）試驗段爆夯施工。 為檢驗單包藥量、爆破夯實單耗、藥包數量、間排距離、一次爆夯齊爆段數、爆夯遍數等參數， 本工程選取K0+450～K0+520、K0+650～K0+730 兩段進行典型試驗施工。

經夯前夯后水深測量計算爆夯段夯沉率為：K0+450～K0+520 段夯沉率為12.63%；K0+650～K0+730 段夯沉率為12.81%，均能達到設計夯沉率12%。

4 爆夯施工

（1）夯前基床頂面標高測量。爆夯前用回聲測深儀結合測深水砣按5m 一個斷面，2m 一個點進行全斷面測量，準確取得夯前基床面原始數據。出現拋石標高高差過大的區域及時予以補拋， 保證爆夯前整個拋石基床面平整，其局部頂面標高不得低于0.5m。

（2）制作藥包。將導爆索、導爆管做好加工，待炸藥運輸至爆夯船后，于爆夯船上制作藥包。藥包使用2 號巖石乳化炸藥， 用非電毫秒差導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，在每個藥包中放一定數量的泡沫， 與藥包下方配重砂袋相連，保證藥包在基床面上0.6m 處。

（3）藥包的敷設工藝流程。布藥應根據潮位表選擇最優時段進行布藥， 以及要考慮布藥寬度及引爆頻率高的特點。布藥作業船平行于基床前進方向駐位，按設計藥包間距位置逐排依次投放藥包，敷設應逆流進行，并逐排向起爆點后退。 工藝流程如下：①布藥船上制作藥包，加入配重體，按爆夯參數將藥包置于船舷一側；②實測水深在藥包上捆扎藥包繩索，準備漂浮物備用；③布藥船上由爆破工把導爆雷管一排藥包聯接，導爆管雷管捆扎完畢后，將全部導管引線并聯捆綁，并用繩索控制備用；④布藥船結合GPS 定出藥包的準確位置；⑤爆破工按爆破指揮員的要求同時投入藥包至基床表面，拉脫藥包引繩；一次布設一排藥包，然后移動作業船布設第二排藥包，兩排布設完畢后，作業船撤離爆破區至安全位置進行引爆。以此循環作業，直至完成全部排段的布藥施工。

（4）聯線起爆。藥包敷設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，最后將起爆線引至起爆儀，整個起爆網絡就組合完畢。 檢查無誤后通電起爆。 此時電雷管引爆主導爆索，主導爆索傳至非電雷管，非電雷管引爆藥包，爆夯完成。 這一起爆網絡具有抗擾性強、安全性好、起爆可靠、起爆數量不受限制、使用方便簡單等特點。

（5）質量效果檢驗。 根據夯前、夯后兩次高程測量結果，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）計算夯沉率。本工程夯沉率均能達到設計要求12%，且夯后基床面大致平整，邊坡未出現較大坍塌。

5 爆夯施工安全距離的控制

根據《水運工程爆破技術規范(JTS204-2008)》規定：“爆炸源與人員和其他保護對象的安全允許距離，應根據地震波、沖擊波和飛散物3 種爆破效應分別計算并取其最大值”。 基床爆夯施工時，個別飛散物跟覆蓋水深及裝藥量等有關，本工程覆蓋水層較厚，最大起爆藥量控制在500kg 以內，飛散物影響忽略不計，因此只需對水中沖擊波和地震波兩種爆破效應進行考慮。

（1）水中沖擊波安全距離。 根據《水運工程爆破技術規范(JTS204-2008)》6.3.7 的規定，在水深小于30m 的水域進行水下爆破， 水中沖擊波對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。

根據爆破震動安全允許距離公式R=Q1/3(K/V)1/a

式中，Q 為炸藥量（kg），齊發爆破為總藥量，延時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 為保護對象所在地質點振動安全允許速度（cm/s），鋼筋砼框架結構樓房取5cm/s； 普通民房取2～3cm/s； 重力式碼頭取5～8 cm/s；R為爆破振動安全允許距離 （m）， 本工程取R=150m；K、a為與爆破點至計算保護對象間的地形、 地質條件有關的系數和衰減指數，根據類似工程平面爆夯施工經驗，本工程K=530、a=1.82 。

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

對所取數據的準確性和合理性進行了評估： 因為本工程的拋石基礎為強夯地基，故依據規范，設計中K 值取530，a 取值1.82 是合理、可行的。 另外，依據公式詳細計算峰值振速，結果均在允許范圍之內。

6 基床爆夯質量、安全控制

（1)審查基床爆夯施工方案符合性，必須滿足設計要求及規范規定；檢查爆破作業前發布爆破通告，應當包括爆破地點、每次爆破起爆時間、安全警戒范圍、警戒標志和起爆信號；檢查危險源辨識標牌和警示標語的設立、交通警戒船。 做好必要的事前準備工作能夠有效地控制質量、安全。

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

（3）爆夯段施工前驗算一次起爆炸藥用量對臨近化工碼頭的影響，安全距離不足時，通過降低一次起爆量、增加爆夯遍數、分層爆夯等方法來降低爆夯影響，避免因起爆產生的地基振動波過大導致臨近的碼頭管樁斷裂和廠區內重要設備損壞等現象發生。

(4)施工時加強管控單藥包布設位置、懸高和藥包重量、藥包數量、間排距離、爆夯遍數、一次爆夯的總藥量等參數符合設計和爆夯試驗確定的要求， 對于出現局部補拋拋石平均厚度大于0.5m，按原設計藥量減少一半進行補夯，補夯范圍的藥包按原設計位置布放。

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

（6）爆夯段一次起爆藥量越大，基床夯沉量越大，但也常伴隨著出現邊坡坍塌、基床局部夯坑、對周邊構筑物影響較大等負面效應， 夯后有可能發生邊坡嚴重坍塌的現象，在布藥設計時要充分考慮予以避免。

（7）爆夯段夯前測量應延伸至下一段基床10～20m 范圍， 在下段基床爆夯施工時此10～20m 數據作為夯前基床面原始標高納入計算， 以便更準確地反映出爆夯段基床的夯沉量。

（8）爆破影響范圍大，對周圍的重要設施、碼頭等主要受水中沖擊波和地震波兩種爆破效應影響。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施的安全，應考慮采用爆破測振儀進行振動監測。

（9）在保證質量安全的提前下，對環保必須高度重視。因此，水運工程爆破設計中嚴格制定控制噪聲、控制有害氣體和淤泥漂流、 降低地震和沖擊波效應等環境保護措施。

7 結語

結果表明，本工程所選的爆夯參數較為妥當，基床夯實效果達到了預期目的。 突出了爆夯密實效果好、 工期短、造價低、且后期沉降小等優點。 但基床爆夯對周邊的安全影響較大，盡管如此，只要設計合理，參數選取得當，嚴格對質量安全控制，仍可采取爆夯。 因此，基床爆夯作業在本工程應用是比較適宜與理想的。