廈門高崎閩臺(tái)漁輪避風(fēng)港工程爆破排淤填石法設(shè)計(jì)

廈門高崎閩臺(tái)漁輪避風(fēng)港工程爆破排淤填石法設(shè)計(jì)

廈門高崎福建省臺(tái)灣漁輪避風(fēng)港項(xiàng)目是廈門1998年債權(quán)人的增加項(xiàng)目。工程總建設(shè)規(guī)模為43.3萬m2,總投資13345萬元。項(xiàng)目按一次規(guī)劃兩期實(shí)施,主要功能為形成容納300艘DY-831型漁輪避風(fēng)的水域。一期主要建設(shè)內(nèi)容為:500m東堤,711m南堤,152m西堤,其中東堤為經(jīng)爆破排淤填石法工藝形成的斜坡式護(hù)岸,南堤為經(jīng)爆破排淤填石法和爆破夯實(shí)工藝形成的重力式碼頭,西堤為普通高樁梁板式碼頭。南堤基礎(chǔ)已基本完成,但未經(jīng)驗(yàn)收,本文僅介紹東堤的爆破排淤填石法工藝及應(yīng)用效果。1工程的自然條件1.1設(shè)計(jì)水位廈門當(dāng)?shù)乩碚撟畹兔?，下同極端低水位:-0.31m。1.2泥、底、泥層厚度淤泥頂面標(biāo)高:+2.5～+4.0m;淤泥底面標(biāo)高:0.00～-7.00m;淤泥層厚:3.0～10.2m。東堤典型地質(zhì)情況及各土層平均物理力學(xué)指標(biāo)見表1。2拋石體成為爆坑的風(fēng)險(xiǎn)爆破排淤填石法的基本原理是:在拋石體外緣適當(dāng)距離和深度位置的淤泥質(zhì)軟基中埋設(shè)群藥包,爆炸將淤泥向四周擠出、擾動(dòng)并向上拋擲形成爆坑,同時(shí)引起鄰近爆坑的拋石體在爆炸負(fù)壓與強(qiáng)烈壓縮、振動(dòng)下產(chǎn)生動(dòng)荷載,拋石體在自重和擾動(dòng)作用下滑向爆坑,產(chǎn)生瞬時(shí)定向滑移體,形成泥、石置換。應(yīng)用爆破排淤填石法具有造價(jià)低、建筑物整體穩(wěn)定性可靠、施工速度快、工期短的特點(diǎn)。3東堤爆炸處理段H+170～H+500軟基處理護(hù)岸斷面如圖1,處理軟基厚度約為4.5m,頂寬6.0m,底寬13.0m。4爆炸山氣法的設(shè)計(jì)4.1堤頭拋填斷面設(shè)計(jì)根據(jù)爆破排淤填石的基本原理,為使拋石體在爆炸后定向滑向爆坑,必須要有一定的重力作用,即拋填體要有一定的超高。故堤頭爆前拋填斷面設(shè)計(jì)如圖2,拋填寬度為6.5m;堤頭爆填完成后設(shè)計(jì)拋填標(biāo)高為5.20m,寬度為5.0m。4.2布藥參數(shù)結(jié)果分析由于《爆炸法處理水下地基和基礎(chǔ)技術(shù)規(guī)程》(JTJ/T258-98)(以下簡稱《規(guī)程》)的爆破擠淤填石設(shè)計(jì)僅給出線藥量、一次爆破總藥量及藥包埋深的計(jì)算公式,而對藥包的間距布置沒有明確,從而單孔藥量也就無法確定。實(shí)際上,許多工程的爆破擠淤填石工藝均由承包商憑自己的經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì),監(jiān)理對爆破擠淤填石工藝的預(yù)控往往無從下手。本文在總結(jié)了大量工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,推薦一種簡便實(shí)用的設(shè)計(jì)公式,希望起到拋磚引玉的作用?，F(xiàn)將設(shè)計(jì)步驟、方法介紹如下:Ⅰ.確定所需的淤泥置換深度Hm,m;Ⅱ.計(jì)算藥包埋深HB。本文推薦公式:Hm<6m,HB=0.45Hm;Hm>6m,HB=0.6Hm;Ⅲ.計(jì)算單孔藥量。本文推薦公式:q1=10HB,kg;Ⅳ.藥包間距值的確定:a=1.5～3.0m。Hm>6m時(shí)取大值,Hm<4m時(shí)取小值;Ⅴ.計(jì)算一次起爆藥量:Q1=q1×m;其中m為一次布藥孔數(shù)。根據(jù)上面公式計(jì)算出東堤典型斷面的布藥參數(shù)如表2。對比《規(guī)程》公式,計(jì)算斷面一次起爆總藥量Q1;典型斷面:qL=q0×LH×Hmw=0.8×5.0×6=24kg/mQ1=qL×L1=24×14=336kg式中:Q1為一次爆破排淤填石藥量,kg;L1為爆破排淤填石布藥線長度(為對比起見取14m),m;qL為線藥量,kg/m;q0為爆破排淤填石單耗,0.8～1.0kg/m3(為對比起見取小值0.8);LH為一次爆破排淤填石水平推進(jìn)距離,m;Hmw為計(jì)入水深的折算淤泥厚度,m。讀者可以發(fā)現(xiàn):本文的推薦公式計(jì)算藥量不到《規(guī)程》公式的一半。一次起爆藥量的減少不僅經(jīng)濟(jì),而且對周邊環(huán)境的影響也相對減少許多。下面再將《規(guī)程》和本文的推薦公式作個(gè)簡單比較,有關(guān)設(shè)計(jì)的方法和步驟在《規(guī)程》和本文中都已闡明,不再贅述,關(guān)鍵的幾點(diǎn)區(qū)別在于:(1)《規(guī)程》中的布藥量和藥包的埋深均考慮了淤泥面上的覆蓋水深影響,而本文沒有反映,這是有幾點(diǎn)考慮的,一是水在泥、石中僅有重力的作用且容重比泥、石都小,水與石的置換不需外加能量;二是海邊施工時(shí)水位是不斷變動(dòng)的;再從以往的工程經(jīng)驗(yàn)看,覆蓋水深的影響是很小的,按不考慮其影響設(shè)計(jì)更為簡便。(2)《規(guī)程》中單孔藥量和藥包間距兩個(gè)參數(shù)都是變數(shù),實(shí)際上兩個(gè)參數(shù)的合理確定是爆破排淤填石工藝成敗的關(guān)鍵,相反本文比較明確便于操作。(3)《規(guī)程》中對一次推進(jìn)水平距離LH給了一個(gè)確定方法,但施工單位在作《施工組織設(shè)計(jì)》中卻很難給個(gè)定數(shù),往往要經(jīng)過幾個(gè)堤頭爆填循環(huán),再進(jìn)行調(diào)整,并據(jù)此調(diào)整其他一系列參數(shù);而本文是這樣考慮的:首先根據(jù)工程情況確定單孔藥量和藥包間距(以后一般不進(jìn)行調(diào)整)及布藥線,在施工中經(jīng)過幾個(gè)堤頭爆填循環(huán)后探明石舌位置,據(jù)此調(diào)整布藥線位置和拋填參數(shù),以免監(jiān)理在審批《施工組織設(shè)計(jì)》中引起爭議。4.3爆破震動(dòng)的距離和最小震動(dòng)速度爆破施工的安全主要由地震波、水中沖擊波、空中飛散物決定,由于本工程施工現(xiàn)場離航道較遠(yuǎn),300m范圍內(nèi)無建(構(gòu))筑物,故僅考慮地震波對周邊建(構(gòu))筑物的影響。為安全起見,東堤爆破工藝全部采用微差(毫秒)爆破施工。根據(jù)地面震動(dòng)安全距離計(jì)算公式:R=(K/V)1/a×Q1/3=364m<380.59m(距當(dāng)?shù)卮迕翊u、石房最近點(diǎn)距離)式中:R為爆破震動(dòng)安全距離,m;V為地面質(zhì)點(diǎn)震動(dòng)速度,cm/s(毛石房、土坯房安全振動(dòng)速度V≤1cm/s);Q為一次起爆藥量,kg(本工程采用微差爆破取80kg);K、a為與爆破震動(dòng)安全距離有關(guān)的系數(shù)、指數(shù),天然巖石地基K=400,a=1.35。若按上面公式反算,當(dāng)距離為380.59m,微差爆破段藥量為80kg,地面質(zhì)點(diǎn)速度V=0.94cm/s<1cm/s,故可以認(rèn)為是安全的。經(jīng)廈門市地震局于2001-02-23T11:45對爆破現(xiàn)場的檢測:“此次采用微差爆破,總藥量為160kg、前后兩爆的藥量均為80kg,測量到的最大震動(dòng)速度為0.19cm/s,也是距爆炸區(qū)最近的測點(diǎn)(為380.59m),最小震動(dòng)速度為0.11cm/s。但非距爆炸區(qū)最遠(yuǎn)的測點(diǎn),爆破動(dòng)量不與距離呈明顯的線性相關(guān)。”從本工程采用微差(毫秒)爆破工藝結(jié)果來看,地面質(zhì)點(diǎn)實(shí)測的震動(dòng)速度大大小于公式計(jì)算的震動(dòng)速度,這樣的結(jié)果同樣可以在其他大量的工程實(shí)例中發(fā)現(xiàn),這是因?yàn)槲⒉?毫秒)爆破產(chǎn)生的地震波在時(shí)間和空間上能夠分散,同時(shí)先后產(chǎn)生的地震波還會(huì)相互干擾,削弱了地震波的強(qiáng)度。故本文認(rèn)為微差(毫秒)爆破技術(shù)在水運(yùn)工程爆破中值得推廣。5爆炸擠出機(jī)工程5.1“拋填—爆破排淤填石的工藝介紹本工程具有水淺、泥面以上堤身高度小的特點(diǎn),結(jié)合工程地質(zhì)和海況,東堤堤身拋石采用陸上推進(jìn)法,主要施工工序?yàn)?(1)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)拋填參數(shù)(如圖2,含泥量、含砂量均不大于5%)進(jìn)行堤身拋填;(2)堤頭拋填進(jìn)尺達(dá)到5～7m后,按堤頭設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行堤頭布藥,布藥采用改裝的大型陸上移動(dòng)裝藥機(jī)(其他工程有的采用船上布藥,有的采用人工布藥,可因地制宜),實(shí)施堤頭爆;(3)按上述兩個(gè)步驟,“拋填-爆破”循環(huán)進(jìn)行,直到設(shè)計(jì)堤長;(4)當(dāng)?shù)填^進(jìn)尺超過50m時(shí),對堤身進(jìn)行測量,探明堤身斷面輪廓線及泥石交界的位置,并根據(jù)測量結(jié)果,按側(cè)爆拋填參數(shù)進(jìn)行補(bǔ)寬、補(bǔ)高,并按側(cè)爆參數(shù)進(jìn)行側(cè)爆,有關(guān)爆破參數(shù)見表3;(5)側(cè)爆后對堤身進(jìn)行測量,對堤身石料不足處進(jìn)行補(bǔ)拋,經(jīng)過理坡,達(dá)到設(shè)計(jì)斷面。5.2拋填、放藥、布藥爆破擠淤填石施工質(zhì)量,主要取決于兩大因素,即拋填和布藥,故施工過程要作好以下控制:(1)拋石含泥、含砂量均不得大于5%,單個(gè)塊石超過800kg的應(yīng)破小,拋填高度和寬度要嚴(yán)格按設(shè)計(jì)進(jìn)行;(2)嚴(yán)格控制單孔藥量,單孔藥量由藥包數(shù)和單藥包重組成,制作時(shí)要注意跟蹤檢查,對每一批次的炸藥均要進(jìn)行抽檢并作好記錄,從進(jìn)貨渠道上保證炸藥的質(zhì)量和重量符合要求;(3)布藥的平面位置必須按設(shè)計(jì)進(jìn)行,平面位置偏差不超過0.3m;(4)藥包埋深是保證堤身落底的重要因素,本工程采用的裝藥器加長臂及連桿上均有標(biāo)準(zhǔn)長度及刻度,在裝藥現(xiàn)場,可清晰地觀察到并判斷當(dāng)時(shí)的水深和裝藥器入泥深度,只要跟蹤到位埋深控制是有保證的。6測試進(jìn)展與分析根據(jù)《規(guī)程》,置換淤泥軟基的質(zhì)量檢查可以采用體積平衡法、鉆孔探摸法、探地雷達(dá)法進(jìn)行相互驗(yàn)證檢查,考慮到探地雷達(dá)法的可信度和檢查費(fèi)用較高的實(shí)際情況,本護(hù)岸采用體積平衡法、鉆孔探摸法進(jìn)行相互驗(yàn)證檢查。結(jié)果分別見表4、表5。沉降觀測:東堤爆炸處理軟基完成后即進(jìn)行沉降觀測,第一個(gè)月平均沉降30mm;第二個(gè)月平均沉降15mm;第三個(gè)月平均沉降7mm。前三個(gè)月總沉降量平均為52mm,三個(gè)月后堤身漸趨穩(wěn)定,如圖3。7爆破質(zhì)量分析(1)本文推薦的計(jì)算布藥公式是在一定的成功工程中總結(jié)出來的,同《規(guī)程》公式一樣,具有一定的經(jīng)驗(yàn)性。不論是采用《規(guī)程》公式還是采用本文推薦公式設(shè)計(jì)布藥,在具體的工程施工過程中都要加強(qiáng)過程觀測,尤其是做好體積平衡觀測、計(jì)算,一般建議每50m作一段體積平衡計(jì)算以判定堤身落底情況,一旦出現(xiàn)與設(shè)想不一致時(shí)要分析原因并做好爆破參數(shù)的調(diào)整,重要或復(fù)雜的工程建議進(jìn)行工程試驗(yàn)。(2)本工程采用爆炸處理軟基工藝總體來說是成功的,不論是工期上還是經(jīng)濟(jì)上,同全斷面開挖基槽然后回填塊石的傳統(tǒng)方法比較有明顯的優(yōu)越性,質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)和有關(guān)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的要求。目前我國的爆炸處理軟基的成功工程實(shí)例也很多,理論上也日臻成熟,建議有條件的地區(qū)應(yīng)大力推廣該項(xiàng)新技術(shù)。但