深水防波堤沉箱基床爆夯及整平技术

深水防波堤沉箱基床爆夯及整平技术

张汉

中国水利水电第八工程局有限公司430000

摘要：深水防波堤基床结构与施工条件复杂，施工海域水深浪高，水深30m的沉箱基床施工在国内也是少见，通过本人对类似工程中的施工经验和施工中相关试验的总结，改性乳化炸药的使用，深水爆破夯实作业前先做好各种爆破性试验的总结，轻潜多导轨法整平基床，旋转极值法精确测量深水基床坐标等施工工艺方法为今后类似的施工提供了借鉴。

关键词：深水防波堤；沉箱基床爆夯；整平技术；

一、深水防波堤设计原则和方法

1.深水防波堤的界定。由于国内外已建防波堤水深多在15m上下，

水深超过20m的为数较少，相应的技术规范、规程和手册也多在总结以往实践经验基础上编制，而且对于“深水”防波堤，目前也无严格和统一的分界和定义。因此，谢世楞院士根据国内外现有的工程实际和近期发展的可能性，建议以设计低水位下水深20m为界，作为“深水”防波堤的起始水深。

2.防波堤结构的安全准则。按国内港工技术标准，一般Ⅰ、Ⅱ级建筑物设计波浪的重现期和使用年限均采用50a。

3.深水斜坡堤设计。深水斜坡堤和一般斜坡堤相比，其波浪作用的性质和规律本质上没有太大的区别，但毕竟由于其工况条件发生变化，因此，深水堤的断面型式、尺度及相应的构造要求，乃至实施过程中的施工工艺、施工方法和精度控制等，都会与一般防波堤有所不同。深水斜坡堤的外坡不宜选择规则铺砌型人工块体（如四脚空心方块和栅栏板）；最常用的随机安放的人工块体，如法国的钩连块体和南非的杜洛斯扭工字块体。

4.设计计算。深水堤堤坡护面块体稳定重量计算，国内外仍广泛采用Hadson公式，但公式中的参数，设计波高应取为H5%，堤身块体稳定系数KD不宜大于18。Hadson公式的缺点是没有考虑波浪周期和波浪作用延时的影响。另外，改进赫氏公式的其它公式，如荷兰的VanderMeer等，其适用性也多有局限。至今，由于确定块体质量的各种设计方法还不能较准确地预报出防波堤的破损情况，因此，仍然需依赖于物理模型试验进行验证。

5.构造要求。（1）堤心石级配斜坡堤的堤身断面需抛筑大量的堤心石料。堤心石料的选择与级配，对防波堤的稳定性和工程造价的影响较大，且水深越大影响也越大。目前，国内相关规范规定，对一般防波堤可选用10～100kg石料；对工程量较大，如采用爆炸排淤处理软基的斜坡堤和深水堤，可以采用开山石等代用材料，但开山石要求有良好的级配和控制含泥量。一般防波堤堤心石10～100kg的概念也比较笼统，由于块石大小和质量级差相对较小，因此不强求级配和不均匀性，其空隙率多接近45%。对深水堤，由于石料的需求量很大，因此，适当加大堤心石料的质量级差也是经济合理的。否则坡面的块体会整体下滑失稳。（2）控制堤心填石的密实度。由于深水堤堤体高度和断面均较大，因此堤身填筑过程应采取措施控制填石的密实度，并对石料级配和填石的密实度进行检验。

二、基床爆夯

爆破夯实的机理。爆破夯实基床密实的作用原理是药包爆炸时将产生高温、高压、气体膨胀，在水中产生冲击波和气泡脉动，这些强烈压力作用在抛石体上时，造成抛石体棱角变形、断裂、破碎，随之石块之间发生位移，相对位置发生变化，孔隙体积减少，基床抛石体被压实。与此同时，药包爆炸的一部分能量转化为地震波，地震波使抛石基床出现颠簸和摇晃，抛石基床在这种垂直和水平方向震动的作用下，使原有的松散稳定结构遭到破坏，石块产生滑动、转动、错位，小石块充填到大石块的缝隙中，抛石体重新排列组合、密度增大。同时，由于膨胀气体产生的高压作用将使抛填体受到“锤击”效应，从而使抛填体达到进一步密实。

1.炸药的选型与改性。国内生产的乳化炸药具有一定的抗水性能，在全国被广泛应用。但这种普通乳化炸药，当经受外来压力超过23m水深时，炸药敏化微气孔被压死，炸药会因发生减敏作用而“拒爆”。故普通乳化炸药不适用于这类工程。胶质炸药具有可在100m水下爆破，威力大（相当于135%TNT量），水下爆破的准爆率也很高，但由于胶质炸药比较敏感，撞击感度100%，摩擦感度20%，如果工程作业时间短，作业量大，作业的条件差，若使用胶质炸药，安全保障存在很大问题。采用普通乳化炸药添加耐压敏化剂，在外界压力作用下能够具有敏化效果，具有起爆感度。

2.导爆索防水密封试验与选用。根据深水防波堤水深压力大的特点，可对多种导爆索进行多次试验，通过类似工程经验比较，可选用“银光”塑料导爆索。密封试验的方法是将塑料导爆索切成30cm长的段，导爆索的两端切口分别用不同品质的胶包扎封好，然后将其放进水中浸泡。由导爆索浸水试验可知，导爆索外壳具有良好防水性能，导爆索切口防水采用防水胶布包扎，封堵防水效果最好，是可行的。

3.在深水条件下，检验导爆索的传爆效果采用铁丝检验，试验中一共做4个炮头，起爆后，4个炮头把U形装置炸成近似圆的形状，说明在深水条件下采用铁丝检验导爆索的传爆效果是可行的。导爆索炮头深水传爆试验，共做两组试验，每组4个炮头，4个炮头都搭接在一根导爆索（主索）上，炮头之间的间距为1.5m，每一个炮头都分别安置在一根12号铁丝一端的U形装置上，按前面做过的方法缠好一组炮头敷于水下32m处，浸水时间3h。另一组炮头敷设在水下32m处，浸水时间4h，每个炮头所在的U形铁丝的另一端被引至水面，连接一个浮标。在引爆后，从水面将两组铁丝都拉到船上检查U形装置，U形装置都炸成圆形状，可以认定由水面到水底的导爆索（主索）和水下的炮头全部爆炸。由以上试验结果和导爆索性能的分析，可以肯定，导爆索在32m深的水下传爆不会有问题，因此对于防波堤第一层抛石基床顶面水深30m以内，导爆索性能满足类似工程要求。

三、整平施工

1.整平船就位用1000t以上的驳船作整平船，艏艉八字锚抛锚定位，在船上安装GPS定位系统。

2.导轨垫块的安装。在导轨安装前，用预制的混凝土垫块在基床上找点，使导轨能铺设在预定的位置和标高。垫块为预制的C20方块，分为30cm×30cm×20cm及25cm×25cm×10cm两种规格，在实际施工中，再辅以少量厚度不等的钢板作为小垫块来提高垫块标高和平整度。

3.导轨安装。一排垫块安装完成后，立即进行该排垫块上导轨的安装。安装方法是：先定位船，移位，船舷一侧与导轨位置重合，将导轨两端用16白棕绳拴住，自整平船舷处下放到基床上，潜水员在水下调整导轨位置，使之安放在垫块上，解开绳索，测量导轨顶面标高，对垫块高度进行调整，使导轨顺直的安放在准确位置，然后将石块堆码在导轨两侧，使导轨固定。

4.刮道的制作、安装。刮道采用两根[14制作，在翼缘处每间隔10cm焊接3cm合成方形结构，左右位置焊接缝位置错开，防止制作变形，保证刮道的顺直。需整平施工时，将刮道两端的绳索同时下放，绳索缠绕在手摇绞盘上，在绳索上每间隔1m设置标记，以保证刮道水平地到达基床顶面，横跨在两导轨之间。

5.二片石粗平。潜水员将热抛放的袋装二片石运至待整平位置，解开袋口，铺筑二片石，基床顶标高控制在设计标高-15.0以下10cm范围以内。同时，对于高出刮道下口的石头，必须将之铲平，使该位置不得高于刮道。当一个位置粗平完成后，移动刮道，进行下一位置的粗平。

6.碎石细平。同二片石粗平的方法，将碎石抛至指定的待细平位置。由潜

水员将碎石铺筑在该整平区域的两侧导轨间，碎石可稍高出导轨标高，当铺筑一定的距离后，使刮道前行，由刮道将多余的矿石刮除，刮道经过后的区域的基床标高则与刮道下缘（即导轨顶面）齐平。整平验收结束后，应拆除导轨，并用碎石将沟缝填平。

参考文献：

[1]彭明.埋设式沉降观测点标志的推广和运用.工程质量，2015.

[2]王俊臣.两江水电站混凝土面板堆石坝内部沉降观测分析.东北水利水电，2014.

[3]黄建阳.深水防波堤施工关键技术.施工技术，2013，

作者简介：

张汉，男，汉族，籍贯湖北武汉，本科，项目总工，路桥及港航施工