重力墩式码头深基槽炸礁施工技术简析.pdf

重力墩式码头深基槽炸礁施工技术简析 邓应桥，陶立双（中交第三航务工程局有限公司，上海 200030）摘要：针对某 30 万 t 级原油码头项目独立墩式大直径圆筒结构重力式码头深基槽施工存在的特点和难点，存在独立基槽深度超深，相邻基础高差大，岩石厚度超厚，炸礁工程量大，泥岩的岩性复杂等特点，因此，在正式炸礁施工前必须进行典型施工，选择合适的施工设备、爆破参数和爆破材料，确保炸礁施工的一次验收合格，基槽标高和范围满足设计的超深超宽要求。同时部分基坑距离已完工的工作船码头距离较近，爆破施工必须采用相应的保护措施，控制爆破振动的速度小于3 cm/s，保证工作船码头及周边构筑物的安全。关键词：墩式基础；深基槽；炸礁；特点和难点；措施 中图分类号：U656.1+22 文献标识码：A 文章编号：1004-9592（2023）04-0113-03 DOI:10.16403/ki.ggjs20230424 Reef Blasting Technology for Deep Foundation Groove of Gravity Pier Wharf Deng Yingqiao,Tao Lishuang （CCCC Third Harbor Engineering Co.,Ltd.,Shanghai 200030,China）Abstract:In view of the characteristics and difficulties existing in the construction of deep foundation groove of gravity wharf with independent pier type large-diameter cylinder structure in 300 000 t crude oil terminal project,including ultra-deep independent foundation groove,large elevation difference of adjacent foundations,ultra-thick rock,large reef blasting amount and complex lithology of mudstone,typical construction must be carried out before reef blasting construction.It is necessary to select appropriate construction equipment,blasting parameters and materials to ensure the reef blasting construction qualified,base groove elevation and range meet the design requirement of ultra-depth and width.At the same time,some foundation pits are close to the completed service boat wharf,the corresponding protection measures must be adopted in the blasting construction,and the blasting vibration speed shall be less than 3 cm/s,which ensures the safety of service boat wharf and surrounding structures.Key words:pier foundation；deep foundation groove；reef blasting；characteristics and difficulties；measure 引引 言言 基槽炸礁是重力式结构码头施工的关键工序，决定了项目的进度和工程质量。传统的爆破采用乳化炸药施工，耐水性好，施工成本低。结合某 30 万 t 原油码头施工条件，该沉箱基础有着独立基槽深度超深，相邻基础高差大，岩石厚度超厚，炸礁工程量大，泥岩的岩性复杂等特点2，传统爆破材料无法满足施工要求，因此通过现场的典型施工，选择合理的施工工艺和施工材料。1 工程概况工程概况 码头采用蝶型布置型式，设有 1 座长 40 m、宽 40 m 的卸油平台，2 个靠船墩和 6 个系缆墩。收稿日期：2023-05-10 作者简介：邓应桥（1980-），男，本科，高级工程师，主要从事港口航道与海岸工程施工技术管理工作。113Port,Waterway and Offshore Engineering 靠船墩长度、宽度均为 18 m 的方形，系缆墩为直径 18 m 的圆形。卸油平台位于码头中部，靠船墩和系缆墩对称布置在平台两侧。根据海港总体设计规范要求，30万 t级油船长度为 334 m，宽度为60 m，型深 31.2 m，满载吃水 22.5 m，考虑船舶安全靠离岸、系缆的需要，泊位总长度 482 m。两靠船墩中心距 110 m，可以适应 1530万 t级船舶靠泊。见图 1。图图 1 码头平面布置示意图码头平面布置示意图 本工程的基槽炸礁共计 5 个分区，见图 2，其中区包括平台 4个沉箱和靠船墩 1#、2#沉箱，区包括系缆墩 3#沉箱，区包括系缆墩 1#、2#沉箱，区包括系缆墩 4#沉箱，区包括系缆墩5#、6#沉箱3。基槽爆破开挖至设计中风化持力层，炸礁岩层厚度从 017 m 厚度不等，最大水深 42 m。1#靠船墩与工作平台高差 8 m，3#系缆墩与 2#系缆墩高差 11.5 m，与 1#靠船墩高差 17.5 m，4#系缆墩与 5#系缆墩高差 6 m，与 2#靠船墩高差 4 m。本项目炸礁总工程量为 121 269 m3。图图 2 基槽开挖分区图基槽开挖分区图 2 工程地质条件工程地质条件 原油码头位于马德岛东边，在工可阶段，完成了 13 个钻孔，编号为 M1M11、M17 和 A，初步设计阶段完成了钻孔 14 个，编号为 BK1BK14，对应剖面为 923，除 BK14 孔位于陆域外（孔口高程 2.89 m），其它钻孔均位于水域，孔口高程-3.72-31.39 m。本次在工可阶段的基础上完成，土层分布特征综合了工可阶段的勘察成果。勘察成果显示，炸礁岩石包括：1 强风化泥质粉砂岩、2 中风化泥质粉砂岩、3 微风化泥质粉砂岩、1 强风化泥岩、2 中风化泥岩、3微风化泥岩和4 未风化泥岩，其平均标贯击数均大于 50击。2.1 岩石试验分析岩石试验分析 在原油码头区取岩样进行了岩石单轴抗压强度试验和耐崩解性试验，并对成果进行了统计，由结果分析可知：3 微风化泥质粉砂岩、2 中风化泥岩以及3 微风化泥岩软化系数均小于0.75，为软化岩石；耐崩解性试验显示，2 中风化泥岩为中等的耐久性，3 微风化泥岩为中等高的耐久性，3 微风化泥质粉砂岩为高耐久性。2.2 岩石浸泡试验分析岩石浸泡试验分析 为了解岩石在水中的稳定性，项目部和监理一起在现场对爆破的岩石进行取样，然后放到钢筋笼内，放入水中进行浸泡试验，观察岩石的变化情况。本中风化泥岩样品现场取样时间为 2011年 7 月 23 日，放入钢筋笼内每周观察一次，岩石无明显变化，2011 年 8 月 30 日完成观察，发生岩石表面出现海生物，无明显泥化破碎现象，现场用铁锤撬开岩石，内部仍然新鲜，表明该泥岩在水中不暴露在空气中时，岩石岩性很稳定，因此对水下炸礁增加了施工难度。3 火工品选型火工品选型 根据施工现场的海况和地质勘察报告情况，本工程基槽炸礁选用在 202 多功能驳上布置 2 台CQGN165的钻机进行施工作业4。根据施工现场水深条件和岩层厚度情况，基槽开挖的最深部位的底标高为-39.0 m，考虑钻孔超深 1.5 m，最大爆破深度标高-40.5 m，在施工前先组织进行典型施工，以确定布孔参数和炸药类型，本项目对拟选用的两个炸药的性能进行对比，见表 1。114 表表 1 各类炸药性能对比表各类炸药性能对比表 项目名称 乳化炸药 震源药柱 主要成分 硝酸铵+乳化剂 TNT 50%，硝铵及其它 50%密度 0.951.3 g/cm3 1.40 g/cm3 爆速 4 500 m/s 5 000 m/s 猛度 1721 mm 14 mm 做功能力 320340 ml TNT当量 1.1 起爆完全率 8090%100%抗水性能 0.3 MPa，72 h，100%爆炸 本工程在施工前做 3 次炸礁施工试验，第一次选用乳化炸药，按照 2.5 m2.5 m布孔进行爆破施工，清渣标高-24 m，无法爆破到设计标高；第二次通过调整布孔间距，采用 2.5 m2.0 m布孔进行爆破施工，清渣标高-25 m，仍然无法到设计标高，由此表明乳化炸药的适用的爆破深度不超过30 m。通过查阅相关资料可知，乳化炸药在水下爆破施工时，随着水深的增加，炸药的爆速和猛度都会下降，当水深超过 10 m 时，爆速衰减11%，猛度下降 10%，当水深超过 30 m时，爆速衰减 26%，猛度下降 33%；第三次采用高强震源药柱，按照 2.5 m2.5 m布孔进行爆破施工，爆破一次到底，清渣到设计标高，爆破后岩石大小适中，满足挖泥船的施工要求。因此，深基槽爆破施工需要采用高能量、高耐水性的炸药，本项目炸药选用高强震源药柱。4 爆破参数设计爆破参数设计 4.1 主爆孔参数设计主爆孔参数设计 根据典型施工确定的炸药类型以及船舶设备、钻机设备等条件，参考爆破施工规范，对基槽炸礁施工的主爆破孔参数进行设计，见表 2。表表 2 炸礁工艺主爆孔设计参数表炸礁工艺主爆孔设计参数表 参数名称 参数要求 备 注 钻孔形式 垂直孔钻孔形式 钻孔直径 115 mm 布孔形式 梅花型布孔 孔距 a 2.5 m 排距 b 2.5 m 超深 1.5 m 一次钻孔至设计高程 钻孔超宽 2.0 m 钻孔时的超宽 单孔药量 7.5 H kg/m Q=qabH 起爆网络 非电毫秒差导爆雷管的孔内延时起爆网路 炸药 震源药柱 4.2 系缆墩系缆墩 1#基坑爆破设计基坑爆破设计 系缆墩 1 基槽距离已完工工作船码头距离仅40.24 m，见图 3，为了确保工作船码头及周边构筑物的安全，根据爆破施工安全规范要求，对现有构筑物的爆速监测必须小于 3 cm/s，因此，必须采取相应的施工措施才能进行爆破施工。图图 3 系船墩与工作船码头关系示意图系船墩与工作船码头关系示意图 1）气泡帷幕防护 在进行水下爆破施工时，采用气泡帷幕防护技术是降低水下爆炸冲击波的有效措施。气泡帷幕就是在爆源与保护对象之间的水底设置一套气泡发射装置来产生大量气泡。在工程中采用在钢管两侧开设两排小孔，向发射装置输入压缩空气后，大量细小气泡便从小孔射出，由水底向水面不断运动，形成一道气泡帷幕。爆破产生的冲击波能量在气泡表面发生漫反射和被气泡吸收转变为热能，有效削弱冲击波压力峰值，对工作船码头起到防护作用。2）预裂减震孔 在系缆墩 1基槽西边和南面布置 2排爆破预裂减震孔，孔底标高比基槽爆破底标高深 1 m，孔间距为 1 m，排距 0.5 m5。3）毫秒微差技术 毫秒微差技术能有效降低一次爆破振动，其一次总爆破药量分成小段药量起爆。根据目前的毫秒导爆雷管情况，目前有毫秒雷管 1 ms、3 ms、5 ms、7 ms、9 ms。一般前排取小值，后排取大值。微差爆破时差选择是否合理直接影响爆破效果，时差选取过小，达不到微差效果，时差选取过大，则有可能改变后排炮孔抵抗线产生冲炮。因此选择 1 ms、5 ms、7 ms、9 ms 四个段位。4）渐进爆破 系缆墩 1#基坑爆破采用渐进爆破方式，海侧距离工作船码头较远，先从海侧往岸侧开始施工，海侧 6 排炮孔钻孔深度在 68 m，因海侧爆层较薄、距工作船码头距离 60103 m，爆破施工（下转第 120 页）115120 方案；4）本文结合今年来水情况和相关水利规划，供水计划，提出了可行通航水资源保障方案，根据交通运输部相关要求沧州市大运河远期规划等级级航道1，为应对航道等级提升对水资源需求的增长，后续可开展相关研究，在要素资源保障充分的前提下，推动大运河文化带建设持续健康发展。参考文献：参考文献：1 中共中央办公厅/国务院办公厅.大运河文化保护传承利用规划纲要S.2019.2 河北省发展和改革委员会.河北省大运河文化保护传承利用实施规划S.2021.3 河北省交通运输厅.河北省大运河文化保护传承利用实施规划交通体系建设专项规划S.2021.4 水利部海河水利委员会.海河流域综合规划(2012-2030年)S.2013.5 长江航道规划设计研究院/中交天津港航勘察设计研究院有限公司.JTS181-2016 航道工程设计规范S.北京:人民交通出版社.2016.6 刘俊生.平原地区内河航道建设设计理念J.水运工程2009,(5).7 廊坊市政府.北运河廊坊段旅游通航规划S.2020.8 河北省人民政府.河北省“十四五”现代综合交通运输体系发展规划S.2022.（上接第 115 页）可以一次到设计底标高，这部分爆破施工完成后，进行清礁，这样对后面要爆破的岩体形成一个自由面，可以降低炸药的单耗，从而能降低一次爆破药量。5）分层爆破开挖 海侧往岸侧 6 排炮孔施工完成后，后面的 10排炮孔进行分成爆破开挖，第一层钻孔深度到 -29.5 m，爆破施工完成后进行清礁，清礁完成在进行第二层爆破开挖，第二层钻孔到设计底标高。4.3 爆破振速监测爆破振速监测 对于爆破区域距离周边构筑物较近的部位爆破施工，采取分层爆破、渐进爆破、预裂孔减震、气泡帷幕、微差毫秒爆破、控制一次起爆药量等措施，共爆破 110次，爆破 245 个孔，使用炸药 6 080 kg，通过构筑物上安装的 TC-3850便携式爆破振动记录仪，对爆破产生的地震波、机械振动和各种冲击信号进行记录、数据分析、结果输出、显示打印和数据存储6，振动速度均控制在 3 cm/s以内，确保了码头及周边构筑物的安全。5 结结 语语 针对原油码头项目炸礁施工中存在岩层厚度大、基坑深、泥岩性质复杂等特点和难点，采用高性能的震源药柱炸药进行施工，解决了一次爆破到底，达到设计要求的基槽底标高，清渣块石的粒径满足挖泥船施工的要求，一次验收合格，既保证了施工进度，又保证了施工的质量要求7。因此对于 30 万 t 级的重力式码头基槽，水深超过30 m 的深基坑，采用震源药柱代替传统乳化炸药，具有一定的可行性。对于周边构筑物的保护，采取分层爆破、渐进爆破、预裂孔减震、气泡帷幕、微差毫秒爆破、控制一次起爆药量等措施，将振动速度控制在 3 cm/s 以内，确保了码头及周边构筑物的安全8。参考文献：参考文献：1 张晓朋,李建强.基床炸礁在中缅 30 万 t 级原油码头工程中的应用J.中国水运,2019,(9):2-5.2 邓应桥,曹佃卫.中缅 30 万 t 原油码头深基槽炸礁施工J.港工技术,2013,(3):7-9.3 曹现云,胡辰阳,郑成锋.独立墩近距离超大水深基槽炸礁施工技术研究J.中国水运(上半月),2022,(6):12-15.4 李春军.等.不同水深条件下水下钻孔爆破破岩机理研究J.爆破.2015,32(4):5-7.5 李义彬,林玉葵,刘磊,等.一种预裂爆破控制水下炸礁边坡坡度的施工结构与工艺.2021,(3):11-14.6 陈郁华,汪锦如,王冬凡.水下基槽炸礁工程爆破振动的削减和监测J.煤矿爆破,2009,(2):3-5.7 陈伟伟.爆破技术在重力式码头基槽炸礁工程中的应用J.中国科技博览,2011,(28):1-3.8 刘胜林.水下基槽炸礁施工技术的应用J.中国水运(下半月),2014,14(5):2-4.