水下爆破在桩基施工中应用

'桥梁施工现场技术交流材料(水下控制爆破施工)中铁十四局集团三公司呼准项目部呼准铁路黄河特大桥工程水下控制爆破在主桥26#、27#墩桩基施工中应用作者：刘成和杨帆中铁十四局集团三公司呼准铁路项目经理部二00四年六月二十五日7 桥梁施工现场技术交流材料(水下控制爆破施工)中铁十四局集团三公司呼准项目部水下控制爆破在主桥26#、27#墩桩基施工中的应用刘成和杨帆(中铁十四局集团三公司呼准铁路项目经理部)【摘要】本文主要介绍水下控制爆破设计和施工在水中桩基施工的应用技术及水下爆破危害的防护措施(气泡帷幕法)。通过实践，为顺利下沉26#墩、27#墩双壁钢围堰，采用水下控制爆破施工技术爆破水下基岩，有效地克服了围堰下沉遇到的技术难题。【关键词】水下控制爆破桩基施工设计气泡帷幕应用技术1工程概况主桥26#、27#墩承台位于黄河主河槽内，河水深约2.5米左右，流速较大。承台设计尺寸均为9.6m×10.6m×3.0m，26#、27#墩承台底嵌入基岩（砂岩、泥岩强度为300~500KPa），26#墩承台底标高为977.68，27#墩承台底标高为977.88，封底混凝土厚1.0m，承台下设计为8根直径1.5m的混凝土灌注桩。26#、27#墩工程地质情况如下表：墩号地质概况26#27#备注水面标高983.46983.46近期实测值河床顶面标高981.15981.25实测值基岩顶标高979.5979.1设计值岩层特性981.15~979.5粉砂；979.5~978.4砂岩；978.4~975.1泥岩981.25~979.1粉砂；979.1~977.8砂岩；977.8~976.6泥岩砂岩与泥岩强度在300~500Kpa2水下控制爆破方案的确定根据设计资料文件，主桥26#、27#墩承台嵌入基岩深度分别为1.8m与1.2m；加封底混凝土厚度（1.0m），承台嵌入岩石深度分别为2.8与2.2m。虽然砂岩与泥岩强度在300~500Kpa之间，且存在不同程度的风化，属于软弱岩层，但双壁钢围堰下沉过程中，由于岩石的存在而难以下沉到位，同时，采用长臂挖掘机试挖，因水下施工有难度再加之臂长无法施力，挖掘机难以挖除整体基岩。因此，通过综合考虑，采用水下钻岩爆破进行基岩，长臂挖掘机配合抓碴，能够缩短工期，能保证双壁钢围堰下沉顺利着床，确保施工质量。3水下控制爆破施工设计3.1爆破范围：7 桥梁施工现场技术交流材料(水下控制爆破施工)中铁十四局集团三公司呼准项目部由于钢围堰设计尺寸R=16.8m，为保证钢围堰刃角位置的爆破效果及便于长臂挖掘机的清碴，拟采用圆弧形爆破范围，尺寸大致为19.8m×19.8m。3.2钻孔设计：（1）最小抵抗线：根据实际情况，最小抵抗线的选取应比在陆地上钻孔浅眼爆破要减少15%左右，w=1.8m。（2）孔径：钻孔钻机采用XJ-100型地质钻，在浮平台上进行垂直钻孔，d=110mm（3）孔间距：a=1.15w=2.07m（4）钻孔深度和超钻深度：根据爆破岩石的性质和爆破的深度而言，钻孔深度为H=2.2~2.8m，超钻深度为Δh=0.3H=0.7~0.9m。（5）单耗计算：q=q1+q2+q3+q4q1取1.0kg/m3，q2=0.01H0，q3=0.02h3（h3为覆盖层厚度m），q4=0.03H（6）单孔装药量：考虑水深的影响，单孔装药量可按下式计算：Q=KwaH（1.45+0.45e-0.33（H0/w））其中w为最小抵抗线（m），a为孔间距（m），H为孔深（m），H0为水深（m），K为岩石单位耗药量（kg/m3），取0.72kg/m3（陆地松动爆破取值）。（7）堵塞：因采取水下爆破，水具有不可压缩性，可以考虑采用密封水作为堵塞物，形成水压塞。3.3装药结构和起爆网路设计：由于炸药采用特制的乳化炸药，防水性能好，装药采用整体连续装药结构；根据水下爆破的情况，水深较浅，考虑采用非电导爆管双向起爆网路（具体装药结构和起爆网路见附图）。3.4水下爆破炮孔布置示意图（附后）4水下爆破施工工序、施工工艺及施工工期安排4.1水下爆破施工次序：a、采用套管插打跟管掘进，日循环分排分段爆破方式。b、钻孔：钻机采用XJ-100型地质钻，在浮平台上进行垂直钻孔，d=110mm。钻机在浮平台上设计的滑槽上前后移动进行钻孔c、先进行第七排（中间一排）拉底开槽，分排按次序循环钻爆（见炮孔布置示意图）。10T浮吊配合移钻机拔套管。为了保证爆破效果，必须用高压风进行清孔，防止泥砂回流填塞炮孔。d、拉槽完成后，采取分区域爆破。即第七排—第八排—第九排—第十排—第十一排—第五排—第四排—第三排—第二排—第一排。4.2水下爆破施工工艺：7 桥梁施工现场技术交流材料(水下控制爆破施工)中铁十四局集团三公司呼准项目部见下页水下爆破施工工艺流程图水下爆破施工工艺流程图施工准备测量放样钻孔平台拼装、钻机就位插打套管钻孔作业成孔高压风清孔装药拔套管起爆网路连接撤离钻孔平台人员撤离并发布安全警戒信号通电爆破下一排炮循环爆破完成长壁挖掘机试抓碴长壁挖掘机围堰内抓碴围堰下沉7 桥梁施工现场技术交流材料(水下控制爆破施工)中铁十四局集团三公司呼准项目部（1）钻孔作业平台：采用驳船作为钻孔作业平台，XJ-100型地质钻机就位于工作平台上进行钻孔。（2）钻孔：先下套管到硬基岩上（通过淤泥、覆盖层进入基岩），然后用直径较小的接杆凿岩钻机在套管内进行钻孔作业。（3）清孔：为了保证爆破效果，必须用高压风进行清孔，防止泥砂回流填塞炮孔。（4）装药：由于水下施工，采用防水炸药（乳化炸药）。装药时，可在打好炮孔后拔出钻杆时，通过套管往孔内插入一根塑料软管，然后拔出套管，塑料软管将炮孔连接到水面上，在适当的时候通过套管进行装药。（5）起爆：每个炮孔装入至少两发雷管，根据起爆顺序和分段起爆方式连接起爆网路。（6）检查：起爆后应对炮孔检查，确定无盲炮后方可进行清碴工作。（7）清碴：水下爆破的清碴主要采用挖泥船（抓斗挖泥船），利用长臂挖掘机进行抓碴清基，必要时可以由水下潜水员进行人工配合。4.3施工工期安排：原则安排：主桥28#墩围堰下沉到位后，27#墩必须爆破完成（如可能清碴到设计标高，然后下27#墩钢围堰，27#墩围堰就位后，26#墩爆破完成。具体见施工工期安排：（附后）5水下爆破施工5.1施工准备：施工准备工作包括爆破施工手续的办理、设备的进场和钻孔作业平台的拼装、就位。爆破施工有着其特殊性，施工前必须在公安部门进行备案和办理相关手续方可进行爆破作业；进场设备见下表：序号名称数量型号备注1清碴平台1300T铁驳2长臂挖掘机1CTA325配18m长臂3钻孔平台12组2M×6M4偏心跟管掘进钻机1YC-60（100m套管）视情况增加5空压机19M36吸泥泵16寸口径7锚机43T定位平台5.2爆破装药量计算（以26#墩为例）：a、台阶高度：7 桥梁施工现场技术交流材料(水下控制爆破施工)中铁十四局集团三公司呼准项目部河床面标高：+981.15m承台底标高：+977.68m封底混凝土底面标高：+976.88m为着床超爆底标高：+985.88m（L0）超钻深度：+974.88m钻孔深度：+981.15-（+974.88）=6.3mb、装药量计算：（1）单耗计算：q=q1+q2+q3+q4其中q1取1.1kg/m3；q2=0.01*H0；q3=0.02h3（h3为覆盖层厚度m）；q4=0.03H。根据岩石坚固系数：f=6，查表可知q1=0.5，则水下爆破取值为1.0，同时水下垂直孔q1=1.1。q2=0.01*H0=0.01*2.5=0.025；q3=0.02*h3=0.02*2.0=0.04；q4=0.03*H=0.03*4.3=0.129则单位耗药量：q=q1+q2+q3+q4=1.1+0.025+0.04+0.129=1.294kg/m3单位耗药量取值：q=1.294kg/m3（2）考虑水深的影响，单孔装药量可按下式计算：Q=KwaH（1.45+0.45e-0.33（H0/w））其中：w为最小抵抗线（m）；a为孔间距（m）；H为孔深（m）；H0为水深（m）；K为岩石单位耗药量（kg/m3），取0.72kg/m3。（陆地松动爆破取值），因在水下爆破，则K=q=1.294kg/m3单孔装药量：Q=KwaH（1.45+0.45e-0.33（H0/w））=1.294*1.8*1.2*5.3*（1.45+0.45e（-0.33*2.5/1.8））=42.7㎏5.3装药结构与网路连接：根据施工组织（采用双向起爆网路等）要求，需要爆破器材数量（针对26#、27#墩）如下表：序号名称数量型号备注1乳化炸药6.83T9cm×40cm特制炸药2电雷管100纸壳引爆雷管3非电导爆管雷管501段+100m1001段+15m孔外连接8003段+15m炮孔内4起爆器材1＞10v起爆装置7 桥梁施工现场技术交流材料(水下控制爆破施工)中铁十四局集团三公司呼准项目部5电线100m起爆网路采用双向起爆网路，连接方式采用族联——串联——族联——串联的方式，用纸壳电雷管引爆。5.4清碴在一个墩爆破全部完成后，利用长臂挖掘机水下试抓碴，对水下岩碴进行置换，同时查看抓碴效果，即比较清碴与回淤速度的大小。如果回淤速度较慢，则采取提前清碴的方案，即在钢围堰下沉前，进行清碴，清到设计标高后，开始围堰下沉；如果回淤的速度快，则只能采取在围堰下沉到基岩后边抓碴边下沉的方案进行清碴和围堰的下沉。5.5水下岩坎（残余孤石）的处理水下爆破施工由于其特殊性，施工难度较大。虽然，爆破设计考虑了超爆和超钻及适当加大装药量等措施来控制剩余岩坎或孤石的存在，但施工中少量大块孤石仍有存在的可能性。当遇到这种情况时采取水下裸露药包爆破进行单独处理，由潜水员下水摸清岩坎或孤石的存在位置和大小，然后，将设计好的药爆贴于岩石表面，联线进行爆除。6水下爆破安全防护6.1爆破安全组织结构：安全总指挥安全警戒员爆破员技术员钻爆队管理员6.2水下爆破安全防护：（1）水下爆破飞石：在水深2~4m时，飞石安全距离可选为100~200m。在爆破期间，非爆破人员，一律不得进入爆破施工警戒区域（100M围域）；水中1000米范围内不得有人在河中游泳；水中2000米范围内不得有人进行潜水作业。（2）为加强黄河水生动物（如鱼类），防止水中冲击波的危害，可采用“气泡帷幕”7 桥梁施工现场技术交流材料(水下控制爆破施工)中铁十四局集团三公司呼准项目部方式进行防护。在钢围堰周围，被保护的目标前的水底处设置有两排气孔的钢管和压缩空气的发射装置。在爆破前往发射装置输入压缩空气后，气泡就从钢管的两侧气孔中连续不断的发射出细小的气泡，众多的气泡从水底往水面方向移动，形成一道气泡“帷幕”，以减弱水中冲击波对保护目标的破坏。（3）水中地震波：可用萨道夫振动速度公式v=k（Q1/3/R）α校核地震情况。6.3爆破器材的安全运输：（1）由爆破专业人员专车负责爆破器材领取、运输，作到使用数目明确，剩余器材及时返还。（2）爆破器材领用手续要齐全，运输炸药和雷管的车辆应分开，不得在同一车上运输雷管和炸药。（3）爆破器材的发放应有详细的记录，做到随领随用。7结论7.1对于嵌入基岩的钢围堰下沉，为缩短工期，加快施工进度，采用水下爆破施工方案是切实可行的；7.2针对基岩的强度，合理选择爆破参数和爆破网路，正确计算装药量，优化爆破施工方案，能提高水下爆破的效果。通过长臂挖掘机的试抓和挖碴，可以遇见实际爆破效果；7.3采用气泡帷幕法进行水下生态保护，可有效控制水下爆破冲击波对周围水域的影响；7.4合理组织施工，加强爆破器材的管理，可提高工作效率和爆破安全系数；7.5通过现场实践，采用水下爆夯可以为墩台水下桩基施工和承台施工提供借鉴。7'