水下爆破在桩基施工中应用

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

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：

2 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：

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+q4 q1取1.0 kg/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0.72 kg/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：

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

（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：

5.2爆破装药量计算（以26#墩为例）：

a、台阶高度：

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）=6.3m

b、装药量计算：

（1）单耗计算：q=q1+q2+q3+q4

其中q1取1.1 kg/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=1.294 kg/m3

单位耗药量取值： q=1.294 kg/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0.72 kg/m3。（陆地松动爆破取值），因在水下爆破，则K=q=1.294 kg/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：