淺析近岸炸礁對碼頭結構的影響

馮江鴻

摘 要：由于國際海運的發展及國際貿易的促進， 近幾年來我國沿海地區都在跟緊“一帶一路”時機建設深水大港。隨著碼頭的大型化發展及港池、航道的不斷浚深， 水下炸礁爆破在實踐中應用越來越廣泛。本文結合茂名港博賀新港區通用碼頭工程水下炸礁施工情況，簡要論證近岸水下炸礁對碼頭結構的影響，為類似工程提供借鑒。

關鍵詞：炸礁 碼頭 結構 爆破

1.背景簡介

茂名港博賀新港區通用碼頭工程位于廣東茂名濱海新區博賀新港區內，港池礁區巖石平均頂標高為-12.2m;最高巖石頂標高為-10.1m，設計施工底標高為-15.1m，設計礁石工程量約為21萬m3（不計超寬超深），按照原施工計劃安排，碼頭前沿150米范圍內礁石均應在沉箱安放前爆破清除完畢。但因港地質條件相當復雜，碼頭成型后在原設計計算范圍外仍發現多處新增礁盤，其中最近距離點與2#泊位碼頭主體間的直線距離僅25m，。如此近距離的炸礁實施，稍有慎將可能對碼頭實體產生相當大的結構性影響。

2.工藝簡介及參數分析

2.1布孔方式

鉆孔爆破采用中風壓鉆機船施工，鉆孔孔位采用GPS測量定位，利用鉆機船拋設的主纜和橫纜移動船位和調整孔位。在孔位上量測水深，由施工水位高程和設計河底高程計算巖層的厚度，確定鉆孔深度。

水下鉆孔爆破按由深水到淺水的順序進行，且一次鉆爆到設計深度，避免分層爆破。鉆孔形式采用垂直鉆孔，布孔方式可采用矩形、三角形或梅花形（如圖1）。

2.2爆破參數

炸礁船在對每個礁區施工時，采用平行碼頭前沿線、梅花狀布孔的施工方法進行施工。采用一次性鉆至施工設計底標高-15.1m（未計超深）的方式鉆孔。根據本工程的巖石性質，鉆爆船的裝備情況及清礁船舶對巖石破碎塊度和松散度的要求，排距參照《水運工程爆破技術規范》（JTS204-2008）和炸礁施工經驗，本工程設計爆破參數如下：

孔距a：根據礁區不同地質情況、清礁效果及船舶設備最終確定，本工程孔距為2.0m。

排距b：根據本爆破區的巖石性質（強風化、中風化石英巖）和施工環境等來確定，排距b=2m。

孔徑d：球齒釬頭外徑115mm，孔徑d=120～125mm。

藥柱直徑D：本工程中使用的藥柱直徑D=90mm，長度為L=400mm。

2.3單方耗藥量

單耗q0=q1+q2+q3+q4

式中：q1—基本裝藥量，是一般陸地梯段爆破單耗的2倍。對于花崗巖一般取0.7kg/m3，對水下垂直鉆孔，再增加10%。因此q1=1.54 kg/m3。

q—爆區上方水壓增量;q2=0.01h2，h2—水深（至開挖底部），水深按15m計算，q2=0.15kg/m3;

q3—爆區上方覆蓋層增量，q3=0.02h3：h3——覆蓋層厚度，0m，因此q3=0;

q4—巖石膨脹增量，q4=0.03h;h—梯段高度，m，梯段高的范圍為1.5m，因此q4=0.045kg/m3;

所以，本工程單耗按計算應取1.735kg/m3。

塞長度按經驗取h0=0.5m-1.0m。

該區域巖層厚度30cm，超鉆按以往工程經驗取h1=1.5～2.0m，由于巖層較薄取1.5m，H0=1.8m。

計算單孔裝藥量Q=q0×a×b×H0=1.735×2.0×2.0×1.8=12kg

3.爆破安全分析

根據《爆破安全規程》，重力式碼頭允許的安全振動速度為5-8cm/s以下，爆破振動安全允許距離按（1）式計算。

R=（）1/α ·Q1/3? ?（1）

式中：R—爆破振動安全允許距離，m;

Q—炸藥量，齊發爆破為總藥量，延時爆破為最大單段藥量，kg;

V—保護對象所在地安全允許質點振速，cm/s;

K，α—與爆破點至保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數，在無試驗數據的條件下，可參考下表選取。

由表1可知，巖層越堅硬其K值越小，衰減指數α也相對較小。而根據港池地質報告顯示，本工程港池內礁石飽水抗壓強度均已超過60Mpa，部分可達到80Mpa左右，按照“巖體質量分類”屬于堅硬巖石，k值可取100，α值取1.3，為安全起見安全振動頻率值按5cm/s考慮，因此根據公式（1）反推碼頭前沿25m起爆時其單段起爆藥量Q= R3 （V/K）3/a應小于15.54kg。根據巖層厚度以及毫秒微差爆破的施工工藝，考慮到現場碼頭結構安全，在本工程現場實際施工過程中，該處的采用單孔爆破，單段藥使用量為12kg，可以滿足安全爆破要求。現場實測振動頻率也僅為1.72cm/s，未對碼頭結構造成實體影響。但根據現場實際耗藥量及不同的地質條件情況再次反推，振速V=K·（Q/R3）α/3，其計算成果見表2。

按照堅硬巖石強度和現場爆破距離R=25m，Q=12kg計算，根據上表可知，爆破可能產生的振速在1.39-6.71cm/s之間，k值越大巖石強度越低其產生的振動速度越高。若k取值在150左右，即巖石飽水抗壓強度在60Mpa左右或以下，其振速有可能大于5cm/s，是可能對碼頭結構造成實質性影響的。而且根據《爆破安全規程》，在大型混凝土的澆筑初齡期間，其允許的振動速度僅1.5-3.0以下，這種情況更不可在近岸進行爆破作業。

4.結語

水下炸礁對近岸建筑物造成影響的條件包括巖層地質狀況、巖層厚度、沖擊波傳播途徑、鉆孔深度、炸礁工藝及天氣等諸多因素。近距離炸礁施工需進行合理的施工設計，綜合考慮不利因素，通過藥量參數計算安全距離。同時，根據以上計算分析，在新建碼頭施工過程中，應當充分考慮各工序的工藝銜接，盡可能在沉箱安放前完成碼頭前沿的所有炸礁施工。若確有必要在碼頭前沿進行炸礁作業，應當充分考慮巖石種類、強度、深度及水深條件等，在有條件的情況下通過試驗確定k值及α值，再通過理論計算研究碼頭前沿炸礁的可行性。

參考文獻：

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[2]中國力學學會工程爆破專業委員會.爆破工程[M].北京：冶金工業出版社，1996.

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