爆炸夯实法处理海堤抛石基床.pdf

爆破器材990 6 0 7 爆破器材 EXPLO SI VE M A T ERI A LS 1999年 第2 8 卷 第6 期 Vo l . 2 8 No . 6 1999 爆炸夯实法处理海堤抛石基床 陶松垒 李祖兴 张子和 王云球 ［摘 要］ 文章介绍温岭石塘中心渔港1＃防波堤大面积水下爆夯的工程实例，总结了 一套海上抛石基床爆炸夯实施工方法及工艺技术。 ［关键词］ 水下爆夯 防波堤 抛石基床 Disposition of Pierre-perdue of Sea Dams by Explosive Ramming Tao Songlei Hangzhou Institute of Applied Engineering（Hangzhou，310012） Li Zhuxing， Zhang Zihe Zhejiang Provincial Reclaiming Engineering Co． （Zhejiang，315600） Wang Yunqiu Hehai University（Nanjing，210024） ［ABSTRACT］ In this paper， an underwater explosive ramming project of great area at No．1 riprap breakwater of the Central Fishing Port in Shitang， Wenlin is illustrated and the construction and technology of marline pierre-perdue by explosive ramming are summarized． ［KEY WORDS］ underwater explosive ramming， breakwater， pierre-perdue 1 工程概况 1．1 地理位置 温岭石塘中心渔港1＃防波堤位于浙江中南部，台州湾南端，防波堤建于蚊虫浜屿 与半边屿之间，长352 ．5 m ，轴线方向为东偏北3413‧。 1．2 地质条件 堤坝轴线附近基岩起伏变化较大，并有多处基岩露出海底。坝轴线附近地质如图1 所示，其地形地质情况比较复杂，东西两端暗礁多，内侧东段有较厚的淤泥质粘土 层；淤泥质粘土层厚1．8 m ～9．5 m 之间，亚粘土层厚0 ．8 8 m ～14．2 m 不等。地质分 布不均匀，物理力学指标不同，容易引起不均匀沉降，故对抛石基床采用爆炸夯实 法。对护面工程和上部结构工程，力求在坝体稳定后施工，以防断裂变形。 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 7 . h t m （第 1／9 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 52 爆破器材990 6 0 7 图1 地形地质示意图 1．3 坝体结构 坝形为抛石高基床混合坝，约需石方2 0 万立方米，坝长352 ．5 m ，最大坝高2 4．9 m ，最大底宽8 6 ．1 m ，顶宽14．7 m 。外海侧坝面水上规则摆放一层8 t 砼钩连体块，水 下抛放二层4 t 扭工体块，港内侧坝面大块石护面，堤顶中部设R2 0 埋石混凝土防浪墙， 墙顶标高12 ．9 m 。堤心石采用10 k g ～10 0 k g 混合块石。如图2 所示。 堤底部为平抛10 k g ～10 0 k g 块石，顶标高－2 ．0 m ，顶宽2 9 m ，长度18 0 m ，边坡1∶1． 5，抛石层厚6 m ～10 m 。本次爆夯密实的范围即为上述海堤基床。 2 施工设计 2 ．1 设计思想 以往对水下抛石基床通常用浮式起重设备吊起5 t ～10 t 的重锤，从一定高度自由落 下，夯击基床，而对本工程却不适用。一是面积大，需要很长时间才能夯实一遍，工 期不允许；二是水深，即使在低潮位时，整个基床都在水下，水的浮力阻隔，使锤击 能量损耗大，而且潮涨潮落，有效工作时间短，工效低；三是风浪大，流速急，工作 环境恶劣，施工难度大，质量无法控制。若用自然密实法，即让其在自重、风浪、潮 流的作用下自行慢慢密实，这不但工期长，而且日后会出现不均匀沉降。 水下爆炸夯实法是利用水中悬挂的炸药包引爆后产生的冲击波能量和地震效应， 使基床石块相互产生错动，以减少孔隙率，达到密实的目的。当炸药在水下爆炸时， 首先释放出巨大能量，以高温高压气体的形式作用于周围的水体，其爆温约30 0 0 ℃， 压力约为9．8 10 3 M Pa［1］，能量要比锤夯法大得多。其次，压力是借水体传递于抛 石基床的，水的可压缩性相对较小，水介质对能量的吸收作用亦相对较小，爆炸引起 的水中冲击波随距离增加而衰减的速度相对较慢，因此水下爆炸夯实法的作用深度要 比锤夯深得多。再则，伴随着地震效应，抛石基床在强大的震动和自重作用下，石块 间必然产生错位契合，小粒径石块向较大空隙处填充，从而减少了空隙率［2 ］。所 以，对大面积深水抛石基床，采用水下爆炸夯实法是最佳选择。 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 7 . h t m （第 2 ／9 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 52 爆破器材990 6 0 7 图2 坝体断面结构图 2 ．2 爆夯参数 水下抛石基床爆夯的施工标准，我国目前尚无统一规定，计算的方法与结果也各 不相同。我们按港口工程技术规范规定［3］夯实基床的夯沉量一般为抛石厚度 的10 ％～2 0 ％，力求控制在15％～2 0 ％。根据以往的经验及试验来确定参数，指导施 工。 2 ．2 ．1 单药包药量计算 单药包药量按下式计算 Q ＝Q o a b H η／n 式中 Q o 爆夯单耗，k g . m －3，指压缩1 m3土体所耗用的药量，取1．5； a 、b 平面排间距，m ，均取4．5 m ； H 爆夯基床厚度，m ，取6 、10 ； η 夯实率，为ΔH ／H ，取15％； ΔH 基床被压缩的厚度，m ； n 爆夯遍数，取2 ～3。 本次爆夯单药包药量取12 ．5 k g ～15 k g 。 2 ．2 ．2 一次起爆总药量 单药包的药量确定以后，一次起爆总药量与一次布药范围有关，总药量越大，夯 实效果越明显。在满足安全距离的前提下，一次布药范围应尽量大些。本次爆夯考虑 到港区建筑物，特别是油库的安全及施工的具体情况，确定每次起爆总药量不超过 2 0 0 0 k g 。 2 ．2 ．3 药包吊高Δh Δh ＝K 1Q 1／3 式中 K 1经验系数，取0 ．35～0 ．50 。 单药包吊高的取值以抛石基床表面不产生爆坑 、不抛散为先决条件。当满足这一 条件时，应尽量取小值。本次爆夯取值为0 ．9 m 。 2 ．2 ．4 起爆水位 施工中尽量在最高潮位时起爆。 2 ．3 平面分段 爆夯位置选在抛石基床断面较厚的区段，即桩号0 ＋0 7 5～0 ＋2 55之间，总长18 0 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 7 . h t m （第 3／9 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 52 爆破器材990 6 0 7 m ，面积40 50 m 2 图3 。爆夯分4段进行，每段45 m 。第一段爆3遍，其余段爆2 遍，采用 抗水性较好的乳化炸药。爆夯布置横断面如图4所示。 图3 爆夯分段布置图 图4 爆夯药包布置横断面 2 ．4 安全距离 水下爆夯与被保护对象的安全距离按地震波、冲击波和飞散物3种爆破效应分别核 算，并取其最大值。 2 ．4．1 爆破地震安全距离 爆破地震的震速不得超过建筑物的地面安全振动速度，爆破地震安全距离按下式 计算 式中 Rd爆破地震安全距离，m ； Q 一次起爆最大药量，k g ； V安全振动速度，c m . s －1； K 2系数 2 8 0 ～550 之间）； α衰减系数（1．50 ～1．8 5）。 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 7 . h t m （第 4／9 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 52 爆破器材990 6 0 7 2 ．4．2 水下爆夯冲击波安全距离 一次起爆药量大于10 0 0 k g 时，可用下式计算 式中 RH水中冲击波安全距离，m ； Q 一次起爆药量，k g ； K 3系数。 一次起爆药量小于或等于10 0 0 k g 时，水下爆夯冲击波安全距离取值参考表1。 表1 水下爆夯冲击波安全距离 药量／k gQ ≤5050 ＜Q ≤2 0 02 0 0 ＜Q ≤10 0 0 K 3 游泳者安全距离／m90 0140 02 0 0 02 50 潜水者安全距离／m 12 0 018 0 02 6 0 032 0 木船安全距离／m2 0 030 050 050 铁船安全距离／m10 01502 50 02 5 2 ．4．3 飞散物安全距离 水下爆夯个别飞散物安全距离较小，对地面或水面以上人员的影响可不考虑。 3 施工方法 3．1 施工程序 抛石→整平→测量→爆前试验→药包制作→药包串联→定位放样→药包布置→联 接电路→撤离现场→安全警戒→起爆→测量→计算→总结。 3．2 爆夯前测量 基床抛石至设计方量后，进行初步探测。对抛石不足的部位要补抛，使整个基床 基本平整，然后进行地形测量，以作为爆夯前的基础资料。 3．3 爆夯前试验 对计算的各种参数在爆夯前进行试验校核，有必要的作一些修正。另外，在大面 积爆夯前，对准爆率、炸药耐水时间、浪潮对药包位置移动、沉石重量、浮子浮力、 尼龙绳强度的影响等，作一些实地试验观察。然后，以试验数据指导施工。 3．4 药包制作串联 如图5所示，为了加强安全准爆，采用2 发同厂同批号的并联电雷管起爆，放置炸 药之中，用橡胶袋包扎，密封胶封口，外面垫一层泡沫塑料，装入编织袋，用尼龙绳 捆扎好，并与30 k g 垂重石相联接，使石块与药包相距0 ．9 m ，以保证药包就位后不再 移位。把相邻的药包按一行的只数联接起来，联接绳长度大于5．5 m 。电线应比尼龙 绳长一些，以免承受拉力时电线拉断。电线接头处扎防水胶带，抹防水胶。一排药包 联接的两头各留2 倍于水深的尼龙绳与电线，缚好浮于抛浮水面，以便药包摆放后互相 连接。 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 7 . h t m （第 5／9 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 52 爆破器材990 6 0 7 图5 药包制作连接示意图 1－电雷管；2 －炸药；3－橡胶袋；4－泡沫塑料；5－编织袋；6 －封口防水胶；7 －电 线； 8 －绳子；9－垂重石 3．5 药包布置 首先在经纬仪指导下，使船驳位于规定位置，抛好四角锚，调整锚绳达到准确位 置。预先在船驳的边檐及定位绳上标上尺寸刻度，在两驳之间拉一根定位绳，然后用 小船按刻度的位置摆放药包，也可用单船定位，每摆放一排，移动定位一次，在船边 按刻度摆放。如图6 所示。 图6 船驳定位布药示意图 1－船驳；2 －锚缆；3－定位绳； 4－船驳边沿刻度；5－布药点 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 7 . h t m （第 6 ／9 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 52 爆破器材990 6 0 7 3．6 起爆 起爆前，先将各药包之间的电线联接好，并与电源开关接通，然后将船驳、人员 撤离到安全距离以外。待到潮水涨至高平潮时，即可起爆。爆后检查爆炸情况，清理 现场，然后测量地形、计算结果。 3．7 施工参数 具体施工参数见表2 。 表2 水下爆夯施工参数 编 号①1－1②2 －1③1－2④4－1⑤2 －2 4－2⑥1－3 2 －2 桩 号 0 ＋0 7 5～ 0 ＋12 0 0 ＋12 0 ～ 0 ＋18 8 0 ＋0 7 5～ 0 ＋12 0 0 ＋18 8 ～ 0 ＋2 55 0 ＋16 5～ 0 ＋2 55 0 ＋0 7 5～ 0 ＋16 5 潮位高程／m3．18 64．12 63．2 2 23．2 913．2 542 ．8 8 9 覆盖水深／m5．7 195．5175．7 105．6 2 15．6 8 95．7 12 爆夯长度／m45．06 7 ．545．06 7 ．590 ．090 ．0 药包平均行距／m5．14．54．54．84．54．6 药包平均排距／m4．84．54．54．74．54．4 药包悬高／m0 ．90 ．90 ．90 ．90 ．90 ．9 药包个数／个6 6906 69012 012 0 单药包重量／k g13．512 ．515．014．014．015．0 基床平均底高程／m －10 ．0－9．0－10 ．0－8 ．0－8 ．0－9．8 爆前堤顶宽／m2 4．932 ．72 9．432 ．534．133．5 4 爆夯效果分析 4．1 爆夯前后断面变化情况 图7 为典型断面的夯沉曲线，实线为爆夯前基床断面，虚线为爆夯后基床断面。由 典型断面爆夯前后的形态分析可知，断面变化有3个特点 1 沉爆夯后堤顶均比爆 夯前低，每次爆夯的沉降量在3％～10 ％之间。 2 塌爆夯后的边坡曲线比爆夯前稍 高，使坝体的边坡变缓，坝底变宽，所以设计爆夯的断面应该充分留有余地，避免石 方坍塌到有效断面以外。 3 削爆前凹凸的曲线，爆后有削凸填凹的作用，使曲线变 得平缓。 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 7 . h t m （第 7 ／9 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 52 爆破器材990 6 0 7 图7 各断面夯沉曲线 4．2 夯沉率 根据实测，4个断面累计夯沉率为2 0 ．10 ％、14．15％、2 0 ．6 3％、19．6 4％，符 合设计要求。 4．3 沉移观察 在防浪墙浇筑完毕后，在坝顶设立了11个沉降观察点，9个位移观察点，见图8 。 图8 沉降、位移观测点平面布置示意图 4．3．1 沉降观察 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 7 . h t m （第 8 ／9 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 52 爆破器材990 6 0 7 经半年11次观察，堤两端沉降较小，中间沉降稍大。原因为中间较大部分处于淤 泥或亚粘土地基上，该层地基在堤重作用下，固结稳定尚需一段较长时间。从总体趋 势看，每次沉降量明显减少，说明大坝趋向稳定。但8 月3日沉降量较以前增大，这是 大坝经受了7 月30 日8 ＃台风的冲击影响，大坝突然受力所致。8 月30 日以后沉降逐渐减 少，同台风以前的趋势，这说明大坝经受了台风考验，仍是稳定的。 4．3．2 位移观察 从5月4日～11月10 日对坝顶设置的9个位移点，每隔半月观察一次，累计位移如图 9。 图9 大坝位移量曲线 大坝整体朝外海移动，累计最大位移10 m m ，日均位移0 ．0 5 m m 。历次观察中最 大值是在8 ＃台风后，位移量达3 m m ，在近期观察中已趋向于零。 4．3．3 裂缝观察 坝顶防浪墙共发现裂缝2 条，一条在0 ＋0 2 4．4处，一条在0 ＋30 5．5处。经7 个月观 察，经历了8 ＃台风的冲击，A 端裂缝没有增大，B端仅增大1 m m ，说明达到设计要 求，基床夯实，大坝稳定。 4．4 效果分析 经上述观察分析，水下爆炸夯实法处理抛石基床有如下优点 1 节约费用。与锤夯法相比，约节省费用150 万元； 2 节约时间。与锤夯法相比，约 节省时间18 0 d ； 3 夯实效果好。大坝最大累计沉降58 m m ，最大位移10 m m ，都在设 计允许范围内，且均渐趋稳定，达到预定效果； 4 工艺简单，质量保证。采用悬浮包 法，布药方便、定位准确、误差少。 作者单位陶松垒 杭州应用工程技术学院（杭州，310 0 12 ） 李祖兴 张子和 浙江省围海工程公司 浙江，3156 0 0 王云球 河海大学 南京，2 10 0 2 4 参考文献 1 霍永基．水下爆炸．爆破，1994，11 2 魏有堂．水下爆夯技术设计与施工．爆破，1994，11 3 董雅文．港口工程技术规范．北京人民交通出版社，198 8 f i l e / / / E| / q k / b p q c / b p q c 99/ b p q c 990 6 / 990 6 0 7 . h t m （第 9／9 页）2 0 10 -3-2 2 15 50 52