厦门高崎闽台渔轮避风港工程爆破排淤填石法设计

厦门高崎闽台渔轮避风港工程爆破排淤填石法设计

厦门高崎福建省台湾渔轮避风港项目是厦门1998年债权人的增加项目。工程总建设规模为43.3万m2,总投资13345万元。项目按一次规划两期实施,主要功能为形成容纳300艘DY-831型渔轮避风的水域。一期主要建设内容为:500m东堤,711m南堤,152m西堤,其中东堤为经爆破排淤填石法工艺形成的斜坡式护岸,南堤为经爆破排淤填石法和爆破夯实工艺形成的重力式码头,西堤为普通高桩梁板式码头。南堤基础已基本完成,但未经验收,本文仅介绍东堤的爆破排淤填石法工艺及应用效果。1工程的自然条件1.1设计水位厦门当地理论最低面，下同极端低水位:-0.31m。1.2泥、底、泥层厚度淤泥顶面标高:+2.5～+4.0m;淤泥底面标高:0.00～-7.00m;淤泥层厚:3.0～10.2m。东堤典型地质情况及各土层平均物理力学指标见表1。2抛石体成为爆坑的风险爆破排淤填石法的基本原理是:在抛石体外缘适当距离和深度位置的淤泥质软基中埋设群药包,爆炸将淤泥向四周挤出、扰动并向上抛掷形成爆坑,同时引起邻近爆坑的抛石体在爆炸负压与强烈压缩、振动下产生动荷载,抛石体在自重和扰动作用下滑向爆坑,产生瞬时定向滑移体,形成泥、石置换。应用爆破排淤填石法具有造价低、建筑物整体稳定性可靠、施工速度快、工期短的特点。3东堤爆炸处理段H+170～H+500软基处理护岸断面如图1,处理软基厚度约为4.5m,顶宽6.0m,底宽13.0m。4爆炸山气法的设计4.1堤头抛填断面设计根据爆破排淤填石的基本原理,为使抛石体在爆炸后定向滑向爆坑,必须要有一定的重力作用,即抛填体要有一定的超高。故堤头爆前抛填断面设计如图2,抛填宽度为6.5m;堤头爆填完成后设计抛填标高为5.20m,宽度为5.0m。4.2布药参数结果分析由于《爆炸法处理水下地基和基础技术规程》(JTJ/T258-98)(以下简称《规程》)的爆破挤淤填石设计仅给出线药量、一次爆破总药量及药包埋深的计算公式,而对药包的间距布置没有明确,从而单孔药量也就无法确定。实际上,许多工程的爆破挤淤填石工艺均由承包商凭自己的经验设计,监理对爆破挤淤填石工艺的预控往往无从下手。本文在总结了大量工程经验的基础上,推荐一种简便实用的设计公式,希望起到抛砖引玉的作用。现将设计步骤、方法介绍如下:Ⅰ.确定所需的淤泥置换深度Hm,m;Ⅱ.计算药包埋深HB。本文推荐公式:Hm<6m,HB=0.45Hm;Hm>6m,HB=0.6Hm;Ⅲ.计算单孔药量。本文推荐公式:q1=10HB,kg;Ⅳ.药包间距值的确定:a=1.5～3.0m。Hm>6m时取大值,Hm<4m时取小值;Ⅴ.计算一次起爆药量:Q1=q1×m;其中m为一次布药孔数。根据上面公式计算出东堤典型断面的布药参数如表2。对比《规程》公式,计算断面一次起爆总药量Q1;典型断面:qL=q0×LH×Hmw=0.8×5.0×6=24kg/mQ1=qL×L1=24×14=336kg式中:Q1为一次爆破排淤填石药量,kg;L1为爆破排淤填石布药线长度(为对比起见取14m),m;qL为线药量,kg/m;q0为爆破排淤填石单耗,0.8～1.0kg/m3(为对比起见取小值0.8);LH为一次爆破排淤填石水平推进距离,m;Hmw为计入水深的折算淤泥厚度,m。读者可以发现:本文的推荐公式计算药量不到《规程》公式的一半。一次起爆药量的减少不仅经济,而且对周边环境的影响也相对减少许多。下面再将《规程》和本文的推荐公式作个简单比较,有关设计的方法和步骤在《规程》和本文中都已阐明,不再赘述,关键的几点区别在于:(1)《规程》中的布药量和药包的埋深均考虑了淤泥面上的覆盖水深影响,而本文没有反映,这是有几点考虑的,一是水在泥、石中仅有重力的作用且容重比泥、石都小,水与石的置换不需外加能量;二是海边施工时水位是不断变动的;再从以往的工程经验看,覆盖水深的影响是很小的,按不考虑其影响设计更为简便。(2)《规程》中单孔药量和药包间距两个参数都是变数,实际上两个参数的合理确定是爆破排淤填石工艺成败的关键,相反本文比较明确便于操作。(3)《规程》中对一次推进水平距离LH给了一个确定方法,但施工单位在作《施工组织设计》中却很难给个定数,往往要经过几个堤头爆填循环,再进行调整,并据此调整其他一系列参数;而本文是这样考虑的:首先根据工程情况确定单孔药量和药包间距(以后一般不进行调整)及布药线,在施工中经过几个堤头爆填循环后探明石舌位置,据此调整布药线位置和抛填参数,以免监理在审批《施工组织设计》中引起争议。4.3爆破震动的距离和最小震动速度爆破施工的安全主要由地震波、水中冲击波、空中飞散物决定,由于本工程施工现场离航道较远,300m范围内无建(构)筑物,故仅考虑地震波对周边建(构)筑物的影响。为安全起见,东堤爆破工艺全部采用微差(毫秒)爆破施工。根据地面震动安全距离计算公式:R=(K/V)1/a×Q1/3=364m<380.59m(距当地村民砖、石房最近点距离)式中:R为爆破震动安全距离,m;V为地面质点震动速度,cm/s(毛石房、土坯房安全振动速度V≤1cm/s);Q为一次起爆药量,kg(本工程采用微差爆破取80kg);K、a为与爆破震动安全距离有关的系数、指数,天然岩石地基K=400,a=1.35。若按上面公式反算,当距离为380.59m,微差爆破段药量为80kg,地面质点速度V=0.94cm/s<1cm/s,故可以认为是安全的。经厦门市地震局于2001-02-23T11:45对爆破现场的检测:“此次采用微差爆破,总药量为160kg、前后两爆的药量均为80kg,测量到的最大震动速度为0.19cm/s,也是距爆炸区最近的测点(为380.59m),最小震动速度为0.11cm/s。但非距爆炸区最远的测点,爆破动量不与距离呈明显的线性相关。”从本工程采用微差(毫秒)爆破工艺结果来看,地面质点实测的震动速度大大小于公式计算的震动速度,这样的结果同样可以在其他大量的工程实例中发现,这是因为微差(毫秒)爆破产生的地震波在时间和空间上能够分散,同时先后产生的地震波还会相互干扰,削弱了地震波的强度。故本文认为微差(毫秒)爆破技术在水运工程爆破中值得推广。5爆炸挤出机工程5.1“抛填—爆破排淤填石的工艺介绍本工程具有水浅、泥面以上堤身高度小的特点,结合工程地质和海况,东堤堤身抛石采用陆上推进法,主要施工工序为:(1)严格按设计抛填参数(如图2,含泥量、含砂量均不大于5%)进行堤身抛填;(2)堤头抛填进尺达到5～7m后,按堤头设计参数进行堤头布药,布药采用改装的大型陆上移动装药机(其他工程有的采用船上布药,有的采用人工布药,可因地制宜),实施堤头爆;(3)按上述两个步骤,“抛填-爆破”循环进行,直到设计堤长;(4)当堤头进尺超过50m时,对堤身进行测量,探明堤身断面轮廓线及泥石交界的位置,并根据测量结果,按侧爆抛填参数进行补宽、补高,并按侧爆参数进行侧爆,有关爆破参数见表3;(5)侧爆后对堤身进行测量,对堤身石料不足处进行补抛,经过理坡,达到设计断面。5.2抛填、放药、布药爆破挤淤填石施工质量,主要取决于两大因素,即抛填和布药,故施工过程要作好以下控制:(1)抛石含泥、含砂量均不得大于5%,单个块石超过800kg的应破小,抛填高度和宽度要严格按设计进行;(2)严格控制单孔药量,单孔药量由药包数和单药包重组成,制作时要注意跟踪检查,对每一批次的炸药均要进行抽检并作好记录,从进货渠道上保证炸药的质量和重量符合要求;(3)布药的平面位置必须按设计进行,平面位置偏差不超过0.3m;(4)药包埋深是保证堤身落底的重要因素,本工程采用的装药器加长臂及连杆上均有标准长度及刻度,在装药现场,可清晰地观察到并判断当时的水深和装药器入泥深度,只要跟踪到位埋深控制是有保证的。6测试进展与分析根据《规程》,置换淤泥软基的质量检查可以采用体积平衡法、钻孔探摸法、探地雷达法进行相互验证检查,考虑到探地雷达法的可信度和检查费用较高的实际情况,本护岸采用体积平衡法、钻孔探摸法进行相互验证检查。结果分别见表4、表5。沉降观测:东堤爆炸处理软基完成后即进行沉降观测,第一个月平均沉降30mm;第二个月平均沉降15mm;第三个月平均沉降7mm。前三个月总沉降量平均为52mm,三个月后堤身渐趋稳定,如图3。7爆破质量分析(1)本文推荐的计算布药公式是在一定的成功工程中总结出来的,同《规程》公式一样,具有一定的经验性。不论是采用《规程》公式还是采用本文推荐公式设计布药,在具体的工程施工过程中都要加强过程观测,尤其是做好体积平衡观测、计算,一般建议每50m作一段体积平衡计算以判定堤身落底情况,一旦出现与设想不一致时要分析原因并做好爆破参数的调整,重要或复杂的工程建议进行工程试验。(2)本工程采用爆炸处理软基工艺总体来说是成功的,不论是工期上还是经济上,同全断面开挖基槽然后回填块石的传统方法比较有明显的优越性,质量满足设计和有关规范及标准的要求。目前我国的爆炸处理软基的成功工程实例也很多,理论上也日臻成熟,建议有条件的地区应大力推广该项新技术。但