专利名称：密实水下抛石基床的施工方法
技术领域：
本发明涉及一种施工方法，特别是涉及一种密实水下抛石基床的方法。
背景技术：
在港口水工建筑物的建设过程中，一些大型的重力式码头、护岸等重力式结构常会采用水下抛石基床，这些基床厚度较厚(一般大于2m)时，按《重力式码头设计与施工规范》JTS 167-2-2009 (以下简称《规范》)的要求应进行夯实。基床夯实的方法目前国内只有两种方法“锤夯”和“爆夯”。( I) “锤夯”的施工方法简述 “锤夯”施工采用大型的挖泥船或起重船加装夯锤改装而成，采用GPS测量定位，将打夯船用八字型的抛锚方式固定在抛石基床设计夯点位置的上方，夯实前应对抛石面作适当整平，其局部高差不宜大于300mm。应分层夯实，每层厚度宜基本相等，每层夯实后的厚度不宜大于2m。分段夯实的搭接长度不应小于2m。夯锤底面积不宜小于O. 8m2，底面静压强宜采用40kPa-60kPa，落距可取2. Om-3. 5m。夯锤宜具有竖向泄水通道。夯点位置及每层夯实遍数宜采用纵橫向相邻接压半夯，每点I锤，并分初、复各I遍，或多遍夯实的方法。夯击遍数应根据试夯确定，试夯技术要求应符合《规范》要求。不进行试夯时，夯数不宜少于8夯，并应分2遍夯打。(2) “爆夯”的施工方法简述在《水运工程爆破技术规范》中，对爆夯的施工参数及施工方法做了要求。基本原理根据抛石层的平均厚度和夯实率，按公式(I)计算单个炸药包的重量，点布、线布或面布在基床上方，距离基床顶面有一定悬高，起爆后，“压实”抛石层。药量计算公式如下q=q0 · a · b · H · η/η (I)式中q0为爆破夯实单耗,指爆破压缩单位体积抛石体所需的药量(kg/m3),取4. Okg/m3-5. 5kg/m3 ；a, b分别为药包间距、排距(m)；H为爆破夯实前石层的平均厚度(m);Λ H为爆破夯实后石层顶面的平均沉降量(m)；η 为夯实率(％)，η = ΛΗ/ΗΧ100% ;n为爆夯遍数，取2-4遍。采用GPS测量定位，将定位船用八字型的抛锚方式固定在抛石基床设计爆夯位置的上方。药包平面取正方形布置。间、排距取2-5m，压密层厚度大时取大值，反之取小值。分遍爆破，各遍间药包采用插档布置。分层夯实厚度不宜大于12m，起爆药包在水面下的深度大于8m时，分层厚度可适当增加，但不得超过15m。分区段爆破夯实时，相邻区段搭接一排药包布药。爆破夯实遍数取2-4遍。起爆时药包须有悬高，悬高满足公式(2)。hi ^ (O. 35-0. 50)Q173(2)
药包平面位置允许偏差土 10%，药包悬高允许偏差±5%。由于“爆夯”与“锤夯”相比，施工速度快，施工成本相对较低，一般在环境条件允许的情况下，都不会采用“锤夯”。因此，我们仅对“爆夯”缺点进行阐述。爆夯的缺点为1、定位困难，基床爆夯要求药包平面位置在±10%a，a为网格边长，一般取2m-5m，允许偏差为O. 2m-0. 5m，这一要求在施工中难于达到。爆夯的施工环境一般水深都在IOm以上，水流、波浪条件较为复杂，布药方式多采用人工投放或用人工拉绳投放落底的方式，难于达到要求精度。2)准爆可靠性差，爆夯药包在水下须有悬高，由于药包是悬浮在水中的，在水流的作用下，爆夯网路的受力复杂，网路容易破坏，准爆率低，拒爆药包数量多，影响施工质量。3)炸药用量大，成本相对较高，基床爆夯炸药单耗大，对有整平要求的基床要爆夯前要进行预整平，施工成本高。4)对周围环境影响较大，由于基床爆夯单药包药量大，爆炸产生的地震、冲击波等有害作用就大，对环境影响大
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种定位精度要求低、药量需求少、工序少的密实水下抛石基床的施工方法。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为一种密实水下抛石基床的施工方法，包括以下步骤I)基槽验收，对开挖的水下基槽进行断面测量，做为计算抛石体厚度的依据；2)基床抛石，利用抛石船水上定位抛石到基床设计标高，预留8%_10%的沉降量；3)爆炸前基床断面测量，采用测深水砣或测深仪进行抛石爆炸前的全断面测量，计算基床抛石体厚度H ；4)定位船定位,布药定位船沿基床纵向移动定位；5)人工投放布药，总的布药区域为药包间距aX药包排距b组成的矩形区域排成的每排N个，共M排，并且总的布药区域离基床的边缘具有距离d ^ 3m，其中a，b在3m_5m之间，M和N根据基床的大小来决定；根据下述公式(3)来计算药包重量Q=k (H-2) +6(3)其中，Q为单药包重量，单位为kg ；K取3. 0-4. O,单位为kg/m ；H为抛石基床厚度，单位为m, H > 2m,—次处理最大厚度< 20m,大于20米时进行分层处理；然后在每个药包间距aX药包排距b组成的矩形区域内进行投放布药，将总的布药区域分为多个起爆单元，纵向1-6排为一个起爆单元，每次可投放多个起爆单元，该多个起爆单元组成每次的布药区域，每次投放的多个起爆单元之间由下次或/和上次布药区域的起爆单元进行间隔；6)分段、分区域起爆每次在多个间隔的起爆单元投放药包后，即进行起爆，同时起爆的各起爆单元之间采用微差爆破；并且利用以下公式(4)计算出区域密实影响因数λ的值，保证λ彡8，λ =ni+n2(4)H1为60m范围内本网格区域内延时分段次数；n2为60m范围内周边网格区域分区分次起爆次数；60m范围内本网格区域是指任一次布药区域内的某一起爆单元的中心为中心，半径为60m范围内的同一次布药区域；60m范围内周边网格区域是指任一次布药区域内的某一起爆单元的中心为中心，半径为60m范围内的其他布药区域；7)爆炸后基床断面测量，采用测深水砣或测深仪进行抛石爆炸后的全断面测量，计算基床抛石体体积变化量；8)检测验收，根据以下公式(5)，计算基床密实度η ；η = Δν/νΧ100%(5)其中，V为爆炸施工如测量的基床的体积；Δν为基床爆如体积与爆后体积的差。优选地，第⑥步骤中，各起爆单元之间的段差大于100毫秒。优选地，上述步骤4) -7)的工序重复执行两遍。
施工后的基床密实度η彡10%。与现有技术相比，本发明的优点在于本发明的方法，定位精度要求低，不需要精确定点投放药包，只需在区域内布放炸药包，不需要预整平，施工简便；药量需求量相对少，炸药量减小20%-40%，爆炸对周围环境的有害影响小；所需工序少，炸药包投放简单，经济性好，成本较低；药包采用触地布放,传爆网路稳定性高,拒爆率低；施工质量好,抛石体密实可靠。
图I为本发明药包位置平面示意图。图2为本发明定位船的定位示意图，图3为本发明的分布药投药方式示意图。图4为本发明的分区域起爆网路示意图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。水下抛石基床密实的根本原理是抛石体块石间孔隙的减少，导致抛石体的密度增力口，即通过块石间的相对位移，相邻块石颗粒间的支撑结构发生改变，趋向更稳定的支撑结构，抛石基床的承载力大大提高。这样基床在安放沉箱等重力式结构后，本身的沉降量很少。从宏观效果角度分析，炸药包在抛石基床表面爆炸时，抛石基床的密实是由近区的压缩破碎作用、中区的爆炸震动作用、远区的地基基础震动响应三种作用共同完成的，其中震动作用与震动响应在基床的密实过程中效率最高，起主要作用。在常规药量条件下，压缩破碎区的范围很小，爆炸震动区的范围较大，而地基基础产生震动的有效影响范围可达数百米，它会迫使基床抛石体震动、摇晃，颗粒结构重组，基床密实度增加。在近区的压缩破碎区，由于水中冲击波、脉动气泡产生的压力作用，块石强度较弱的棱角发生断裂破碎，填充块石间孔隙。在中区的爆炸震动区，爆轰产物产生的高压气体在水中迅速膨胀挤压周围的水体和基床，对抛石块体生产气锤效应，单个块石几何形状虽多种多样，但在平衡结构被破坏时，块石总是向自身势能最小的方向移动，趋向更稳定的状态，小块石填充大块石间的空隙，块石间又形成新的更稳定的结构。在远区的地基基础震动区，在爆炸能量传播引起的地基基础震动作用下，块石间产生摇晃与相互错动，单个块石在抛石体中原有的平衡结构被破坏，抛石基床块石间的空隙随之变小，基床的密实度增大。本发明的施工方法主要包括以下准备工作和步骤(I)爆炸参数的确定。①药量的计算，采取以下公式Q=k (H-2) +6(3)其中，Q为单药包重量(kg) ;1(取3.0-4.0 (kg/m);H为抛石基床厚度(m)，H彡2m，一次处理最大厚度< 20m，大于20米时进行分层处理。②药包位置确定。如图I所示，横向药包间距为a、纵向药包排距为b，一般都在3m_5m之间。 药包布设位置按区域布药原则，如图I所示，即在aXb的矩形区域内布放一个药包，药包布放在这一矩形区域内即可，基床顶面横向方向矩形区域的个数为N个，即横向每排的药包个数为N个,基床顶面在纵向方向矩形区域的个数为M个，即纵向药包个数为M个，即N*a为整个布药区域的横向宽度，M*b为整个布药区域的纵向长度，整个布药区域距基床边缘具有一距离d，一般应d > 3m，基床横向宽度为A，纵向长度为B，其中M、N根据基床的大小进行选择。③爆炸遍数。在每个aXb的矩形区域内布药两次，炸两遍。④起爆方式及微差时间选取。起爆方式可采用导爆索起爆或非电导爆管起爆两种方式。采用导爆索起爆时，利用分区间隔布药、分条依次起爆的办法来增加爆炸作用次数。采用非电导爆管起爆时，可采用分段起爆的办法来增加爆炸作用次数，段差应大于100毫秒。⑤区域密实影响因数λ。区域密实影响因数λ是指60m范围内本网格区域内爆炸次数与60m范围内周边网格区域爆炸次数的和，它反映了某单一网格区域内受爆炸震动影响的次数与程度。60m范围内本网格区域是指任一次布药区域内的某一起爆单元的中心为中心，半径为60m范围内的同一次布药区域；60m范围内周边网格区域是指任一次布药区域内的某一起爆单元的中心为中心，半径为60m范围内的其他布药区域。分段微差起爆时，每一个段位可计为一次爆炸影响，因此，60m范围内本网格区域内爆炸次数即为分段微差起爆时的延时分段次数，60m范围内周边网格区域爆炸次数即为分区分次起爆次数。λ =Ii^n2(4)λ为区域密实影响因数，λ彡8 ;ηι为60m范围内本网格区域内延时分段次数；n2为60m范围内周边网格区域分区分次起爆次数。(2)布药方法布药时，在定位船定位至布药区域后，进行人工投放，药包落于aXb的矩形网格区域内即可，药包直接沉放在基床表面。(3)质量验收标准抛石基床密实度的提高，最终体现在体积的变化量上。测量断面形状确定基床在爆炸前后的体积变化量，这个变化量反映了抛石基床密实程度，根据实测统计，这个体积的变化量即密实率应n ^ ιο%，即
η = Δν/νΧ100%(5)其中，V为爆炸施工如测量的基床的体积；Δν为基床爆如体积与爆后体积的差。(4)具体施工流程如下①基槽验收对开挖的水下基槽进行断面测量，做为计算抛石体厚度的依据。即在水下开设一抛石基床的基槽，并进行基槽的测量。②基床抛石利用抛石船水上定位抛石到基床设计标高，预留8%_10%的沉降量。
③爆炸前基床断面测量采用测深水砣或测深仪进行抛石爆炸前的全断面测量，计算基床抛石体厚度H。④定位船定位布药定位船沿基床纵向移动定位,移船间距为b,—排一排进行定位。定位示意图如图2，箭头方向为定位船2的移动方向，每次定位船的移动距离为b，即矩形区域的纵向长度。⑤人工投放布药利用公式(3)计算药包重量，采用人工投放布药，炸药包应加上配重，保证药包在水下的稳定，并可有效减少药包在水中下落的时间，从而减少药包水平位移。药包投放区域为横向a，纵向b的矩形区域内。每次投放的布药区域中，1-6排为一个起爆单元，采用电雷管起爆。分布药投放位置如图3所示，图中阴影部分为第i次布药区域，空白部分为第i+1次布药区域，其中E为第i次布药区域的起爆单元，多个阴影部分即多个E部分的和即为本次布药区域；F为第i+Ι次布药区域的起爆单元，多个F部分的和即为下一次的布药区域。每一次可投放多个起爆单元，每次投放的多个起爆单元之间相互由下次或/和上次布药的起爆单元进行间隔。如图3所示，第i次布药区域的起爆单元E之间间隔有第i+Ι次布药区域的起爆单元F,也可以该第i次布药区域的起爆单元之间，间隔有第i-Ι次布药区域的起爆单元和/或第i+Ι次布药区域的起爆单元，只要每次投放的多个起爆单元之间具有间隔即可。⑥分段、分区域起爆多次爆炸震动效应是本技术的关键，因此爆炸应采用分区域多次起爆，并结合微差爆破的方法，增加爆炸震动次数，微差爆破方法为本领域常用技术，在次不做赘述。比如，第i次布药区域内，一般每1-6排为一个起爆单元，即为一区段，各区段间隔布置。同时起爆的各单元之间采用微差爆破，即第i次布药的多个起爆单元E之间采用微差爆破，段差应大于100毫秒。利用公式(4)计算在60m范围内周边网络区域爆炸次数与60m范围内本网格区域内爆炸遍数的和得出区域密实影响因数λ的值，保证λ >8。分段、分区域起爆网路示意图如图4，阴影部分为第i次布药区域，空白部分为第i+Ι次布药区域，其中E为第i次布药区域的每个起爆单元，F为第i+Ι次布药区域的每个起爆单元,每个起爆单元E或F均由一个起爆雷管I进行起爆，并且第i次布药区域的每个起爆单元E之间采用微差爆破。⑦爆炸后基床断面测量采用测深水砣或测深仪进行抛石爆炸后的全断面测量，计算基床抛石体体积变化量。
⑧进行第二遍爆炸处理重复④-⑦的工序。⑨检测验收根据公式(5)，计算基床密实度η。本发明的方法，定位精度要求低，不需要精确定点投放药包，只需在区域内布放炸药包，不需要预整平，施工简便；药量需求量相对少，炸药量减小20%-40%，爆炸对周围环境的有害影响小；所需工序少，炸药包投放简单，经济性好，成本较低；药包采用触地布放，传爆网路稳定性高,拒爆率低；施工质量好,抛石体密实可靠。·
权利要求
1.一种密实水下抛石基床的施工方法，包括以下步骤 1)基槽验收，对开挖的水下基槽进行断面测量，做为计算抛石体厚度的依据； 2)基床抛石，利用抛石船水上定位抛石到基床设计标高，预留8%-10%的沉降量； 3)爆炸前基床断面测量，采用测深水砣或测深仪进行抛石爆炸前的全断面测量，计算基床抛石体厚度H ； 4)定位船定位，布药定位船沿基床纵向移动定位； 5)人工投放布药，总的布药区域为药包间距aX药包排距b组成的矩形区域排成的每排N个，共M排，并且总的布药区域离基床的边缘具有距离d ^ 3m，其中a，b在3m-5m之间，M和N根据基床的大小来决定；根据下述公式(3)来计算药包重量 Q=k(H-2)+6(3) 其中，Q为单药包重量，单位为kg ；K取3. 0-4. O,单位为kg/m ；H为抛石基床厚度，单位为m, H > 2m, 一次处理最大厚度< 20m,大于20米时进行分层处理； 然后在每个药包间距aX药包排距b组成的矩形区域内进行投放布药，将总的布药区域分为多个起爆单元，纵向1-6排为一个起爆单元，每次可投放多个起爆单元，该多个起爆单元组成每次的布药区域，每次投放的多个起爆单元之间由下次或/和上次布药区域的起爆单元进行间隔； 6)分段、分区域起爆，每次在多个间隔的起爆单元投放药包后，即进行起爆，同时起爆的各起爆单元之间采用微差爆破； 并且利用以下公式(4)计算出区域密实影响因数λ的值，保证λ彡8， λ = + (4) H1为60m范围内本网格区域内延时分段次数；n2为60m范围内周边网格区域分区分次起爆次数；60m范围内本网格区域是指任一次布药区域内的某一起爆单元的中心为中心，半径为60m范围内的同一次布药区域；60m范围内周边网格区域是指任一次布药区域内的某一起爆单元的中心为中心，半径为60m范围内的其他布药区域； 7)爆炸后基床断面测量，采用测深水砣或测深仪进行抛石爆炸后的全断面测量，计算基床抛石体体积变化量； 8)检测验收，根据以下公式(5)，计算基床密实度η； η = Δν/νΧ100%(5) 其中，V为爆炸施工前测量的基床的体积；△￥为基床爆前体积与爆后体积的差。
2.如权利要求I所述的密实水下抛石基床的施工方法，其特征在于第⑥步骤中，各起爆单元之间的段差大于100毫秒。
3.如权利要求I所述的密实水下抛石基床的施工方法，其特征在于上述步骤4)-7)的工序重复执行两遍。
4.如权利要求I所述的密实水下抛石基床的施工方法，其特征在于施工后的基床密实度n ≥ ιο%。
全文摘要
一种密实水下抛石基床的施工方法，包括以下步骤1)基槽验收，2)基床抛石，3)爆炸前基床断面测量，4)定位船定位，5)人工投放布药，6)分段、分区域起爆，7)爆炸后基床断面测量，8)检测验收。本发明的方法，定位精度要求低，不需要精确定点投放药包，只需在区域内布放炸药包，不需要预整平，施工简便；药量需求量相对少，炸药量减小20%-40%，爆炸对周围环境的有害影响小；所需工序少，炸药包投放简单，经济性好，成本较低；药包采用触地布放，传爆网路稳定性高，拒爆率低；施工质量好，抛石体密实可靠。
文档编号E02D15/10GK102888846SQ20121037581
公开日2013年1月23日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者王健, 吴京平, 刘伟庆, 孙学军, 黎关键 申请人:宁波科宁爆炸技术工程有限公司