橋區(qū)航道水下爆破對橋梁振動影響研究

吳玉林　王鳳娟

（1.重慶航運(yùn)建設(shè)發(fā)展有限公司 重慶市 渝北區(qū) 4011212.重慶港務(wù)物流集團(tuán)有限公司 重慶市 江北區(qū) 401120）

橋區(qū)航道水下爆破對橋梁振動影響研究

吳玉林1王鳳娟2

（1.重慶航運(yùn)建設(shè)發(fā)展有限公司 重慶市 渝北區(qū) 4011212.重慶港務(wù)物流集團(tuán)有限公司 重慶市 江北區(qū) 401120）

重慶嘉陵江石門大橋?yàn)楠?dú)塔單索預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，針對嘉陵江航道炸礁工程進(jìn)行爆破振動安全監(jiān)測，為橋梁建筑物爆破振動安全評價(jià)和優(yōu)化施工方案提供依據(jù)，并分析了監(jiān)測結(jié)果和安全控制指標(biāo)，對橋區(qū)河段炸礁提供了經(jīng)驗(yàn)選擇。

1　概述

重慶嘉陵江石門大橋位于沙坪壩區(qū)中渡口和江北區(qū)大石壩之間，是沙坪壩區(qū)和江北區(qū)的重要橋梁，橋型為獨(dú)塔單索預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋。跨越嘉陵江，全長716m。主橋?yàn)?00+230（m）單索面獨(dú)塔預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，橋面全寬25.5m，設(shè)4車道。墩高約50m，塔柱自橋面以上高113m，塔總高約163m。拉索采用平行索布置，索距7.5m，拉索最長達(dá)230m，全橋共216根拉索。為滿足嘉陵江航道三級航道建設(shè)，需要對該處位于橋下的礁石進(jìn)行水下爆破，爆破開挖土石方方量約為28000m3。

圖1　石門大橋

橋下礁石即水下炸礁區(qū)域距橋墩及附近碼頭較近，爆破區(qū)距大橋梁底高度約50m，距左岸石門大橋1#橋墩最近距離70m，距右岸石門大橋2#橋墩140m。施工采用鉆孔爆破法開挖，清渣船水下清渣。通過鉆孔船對水下巖石進(jìn)行鉆孔，孔徑為110mm，超深2m。采用防水性能較好的乳化炸藥，并使用PVC管加工包裝，防止藥柱變形。雷管采用防水性能較好的毫秒延時電雷管（1～10段），采用毫秒差爆破以減小爆破地震波和水下沖擊波。單孔裝藥量控制11kg以內(nèi)。

工程具有特殊而敏感的施工環(huán)境，水下爆破誘發(fā)的爆破振動和水下沖擊對附近石門大橋的安全影響成為工程重點(diǎn)關(guān)注的難題，因而在爆破施工中實(shí)施了橋梁的爆破振動速度監(jiān)測。通過監(jiān)測數(shù)據(jù)，達(dá)到了科學(xué)評定大橋振動安全影響的目的，并在有關(guān)監(jiān)測成果分析的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)水下爆破鉆爆參數(shù)的合理調(diào)整和施工工藝的優(yōu)化（見圖2）。

圖2　炸礁區(qū)域爆破分層示意圖

2　石門大橋安全監(jiān)測方案及控制指標(biāo)

2.1監(jiān)測物理參量及儀器系統(tǒng)

目前，在爆破工程中振動控制參量可采用地震動加速度、速度和位移。從物理機(jī)制分析，加速度與慣性力相聯(lián)系，速度與能力相關(guān)，而位移則反映變形。大量工程實(shí)踐證明，振動速度與建筑物和構(gòu)筑物的破壞和結(jié)構(gòu)失穩(wěn)相關(guān)性較好，因此，目前國內(nèi)外大多采用振動速度作為控制參量。我國《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）對安全振動速度做出明確規(guī)定而且又按頻率分段進(jìn)行了修訂，因此，我們選定振動-頻率雙因素相關(guān)聯(lián)的安全判據(jù)對航道礁石爆破對石門大橋的影響進(jìn)行安全評估。

現(xiàn)場速度測試儀器采用爆破振動儀及配套的速度傳感器，可實(shí)現(xiàn)多通道數(shù)據(jù)采集、儲存和分析。爆破振動儀采用TC-4850型，該儀器是記錄、分析爆破引起的地震波形信號的便攜式儀器，儀器直接與速度傳感器相連，通過RS232接口將波形傳給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2.2監(jiān)測方案及測點(diǎn)布置

根據(jù)現(xiàn)場施工環(huán)境及爆破施工方案，爆破振動安全監(jiān)測分為2個階段：①爆破試驗(yàn)階段的振動監(jiān)測；②施工過程中的爆破振動監(jiān)測。

（1）結(jié)合爆破試驗(yàn)階段的振動監(jiān)測，了解航道礁石爆破振動規(guī)律及石門大橋結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性，為制定施工方案及參數(shù)提供依據(jù)。并根據(jù)石門大橋結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特點(diǎn)，提出爆破安全振動速度控制指標(biāo)。

（2）在施工過程中，針對典型爆破進(jìn)行爆破的跟蹤監(jiān)測，根據(jù)振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，及時調(diào)整和優(yōu)化相應(yīng)部位的爆破方案和參數(shù)。

（3）根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及爆破地震荷載特點(diǎn)，選取主橋、相鄰兩跨引橋和基巖作為監(jiān)測對象。具體位置詳見圖3。

圖3　橋梁結(jié)構(gòu)位置圖

2.3振動控制指標(biāo)

《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）中，爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)未明確橋梁結(jié)構(gòu)的運(yùn)行范圍，但對其他主要類型的建（構(gòu)）筑物地面質(zhì)點(diǎn)爆破振動安全允許標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定如下：①土窯房、土坯房、毛石房屋0.5～1.0cm/s；②一般磚房、非抗震的大型砌塊建筑物2～ 2.5cm/s；③鋼筋混凝土框架房屋3～4cm/s。

考慮到石門大橋的重要程度及其所處地理位置，要求爆破施工方嚴(yán)格控制裝藥量及采取其他安全技術(shù)措施，確保施工安全，經(jīng)過專家審查后，最終將橋臺處基巖質(zhì)點(diǎn)振動安全允許速度峰值設(shè)定為1.0cm/s，并以此為控制閥值。

3　爆破振動監(jiān)測成果及分析

3.1振動監(jiān)測成果

針對該河段水下炸礁工程，共進(jìn)行了70次爆破監(jiān)測；2013年度進(jìn)行了4次試驗(yàn)性爆破振動監(jiān)測，2014年度進(jìn)行了66次施工過程中的爆破振動監(jiān)測。從監(jiān)測結(jié)果可以看出，由于對爆破規(guī)模和最大單響藥量進(jìn)行了嚴(yán)格，并采取合理的未查起爆網(wǎng)路，在整個爆破期間嘉陵江石門大橋在塔、墩附近基巖上的實(shí)測速度合成幅值峰值最大為0.913cm/s，小于規(guī)定的控制閥值1.0cm/s。監(jiān)測數(shù)據(jù)說明嘉陵江航道礁石爆破施工引起的振動對大橋結(jié)構(gòu)安全影響不大。此外，隨機(jī)對正常通車情況下的主橋速度進(jìn)行了測試，測試結(jié)果為0.406cm/s（最大合成幅值峰值）。

表1　4次試驗(yàn)性爆破監(jiān)測最大振動速度分析一覽表

3.2橋梁結(jié)構(gòu)響應(yīng)特點(diǎn)分析

通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，石門大橋在水下炸礁爆破過程呈現(xiàn)如下特點(diǎn)：

（1）爆破振動速度的大小與爆破地點(diǎn)距橋墩的距離有所關(guān)系，主要體現(xiàn)在四次爆破均出現(xiàn)在距大橋最近的2號橋墩墩頂面橋面。

（2）橋梁結(jié)構(gòu)對振動具有一定的高程放大效應(yīng)，橋梁不同高程處布置的測點(diǎn)所測到的數(shù)據(jù)可以明顯的反映這一放大效應(yīng)。實(shí)際的放大系數(shù)對于科學(xué)評定爆破振動安全和合理優(yōu)化爆破參數(shù)具有參考意義。

4　結(jié)論

（1）針對水下航道炸礁爆破施工進(jìn)行振動監(jiān)測，對爆破施工實(shí)現(xiàn)了有效的安全監(jiān)控。

（2）水下爆破工程要取得大橋結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)的振動速度往往十分困難。本工程采用橋梁結(jié)構(gòu)的合理布置監(jiān)測點(diǎn)及相關(guān)安全控制指標(biāo)的處理，證明是一種合理且可操作的方法，對類似工程有參考借鑒作用。

（3）在城區(qū)航道炸礁，橋梁交通流量較大，爆破與橋梁距離較近，采用振動速度控制標(biāo)準(zhǔn)[v]=1.0cm/s，對保證橋梁安全和爆破工程的正常施工都是恰當(dāng)?shù)摹?/p>

[1]《爆破安全規(guī)程》（GB6722-2003）[M].北京.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.

[2]《水運(yùn)工程爆破技術(shù)規(guī)范》（JTJ286-90）[M].北京：人民交通出版社，1992.

[3]重慶嘉陵江石門大橋檢查報(bào)告[R].重慶：重慶公路監(jiān)測中心，2014.

U441.3

A

1673-0038（2015）18-0192-02

2015-3-19

吳玉林（1983-），男，研究生，主要從事水運(yùn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工作。