水下钻孔爆破在裸岩河床嵌岩深水基础双壁钢围堰施工中的应用

水下钻孔爆破在裸岩河床嵌岩深水基础双壁钢围堰施工中的应用

张林

中铁二十局集团第一工程有限公司苏州215335

摘要：本文通过南龙铁路闽江特大桥主墩深水基础施工为例，介绍深水裸岩河床嵌岩基础双壁钢围堰施工中，采用水下钻孔控制爆破开挖双壁钢围堰范围内基坑，然后下沉双壁钢围堰并封底施工方法。本文对双壁钢围堰结构、水下基坑爆破开挖施工工艺、施工方法、爆破参数设计、施工难点及解决对策进行了详细介绍。本文对类似工程有借鉴作用。

关键词：水下钻孔爆破裸岩河床深水基础双壁钢围堰施工

1工程概况

南龙铁路南平市境内的闽江特大桥，起止里程为：DK2+796.72-DK3+863.13，桥长1066.41m。桥梁跨越闽江，江面宽度400m，裸岩河床，平均深度17m为Ⅳ级航道。主桥采用双线刚构连续梁，主跨径216m为目前同类型世界之最。第17号、18号墩为刚壁墩，墩高59.5m，主墩基础采用承台（30.25m×19.75m×5m）结合24根直径2.5米钻孔桩基础，承台砼体积2987m3，采用双壁钢围堰施工，双壁钢围堰在岩石中下沉平均高度为7m（含封底砼厚2.5m）。桥梁区域平均水深17m，设计流速为3.92m/s，施工水位为62.52m；河床地质为弱风化花岗岩，σ0=1000kPa，岩石单轴饱和抗压强度为140MPa～166Mpa。

2施工方案及方法

根据水文、地质及施工条件综合方案比选，17#、18#水中主墩基础采用“先堰后桩”法的施工方案，利用水下钻孔爆破开挖桥墩基坑，验收后分节下沉钢围堰，安装钢护筒并固定，进行钢围堰封底，最后在堰顶搭设钻孔平台进行钻孔桩施工。钢围堰设计为矩形，平面尺寸比承台每边大0.25m，外壁长33.75m，宽23.25m，内外壁之间相距1.5m，封底砼厚度2.5m，利用钢围堰内壁为承台模板浇筑砼。承台基坑爆破开挖尺寸满足双壁钢围堰下沉结构要求，基坑底平面尺寸为35.75×25.25m（比钢围堰外壁每边大1.0m），按照5：1进行放坡开挖，基坑开挖爆破厚度7m，开挖方量约7500m3。双壁钢围堰外壁与基坑开挖坡面采用砂石回填。双壁钢围堰下沉基坑结构尺寸见图1所示。

2.1.7基坑验收

（1）基坑底面标高。基坑底面标高=承台底面标高-设计封底混凝土厚度，为确保封底混凝土的有效厚度，基坑底面标高误差值应满足-40cm<[δ]<0cm。为保证钢围堰下沉、着床，钢围堰刃角底部范围内的平整度，应满足-10cm<[δ]<0cm；

（2）基坑平面尺寸。为确保钢围堰下沉就位及潜水员在套箱外侧的作业空间，基坑底平面尺寸比钢围堰外壁尺寸每边各大1.0m，即基坑底平面尺寸不小于35.75m×25.25m。

（3）基坑底面中心轴线位置偏差应满足-20cm<[δ]<+20cm。

（4）基坑边坡不得有大体积的孤石悬挑，以防孤石滑落，影响套箱着床就位，也防止砸伤在水下作业的潜水员。

3.爆破参数设计

3.1爆破器材的选取

水下爆破工程采用防水性能好的高能乳化炸药，药卷用塑料袋包装，药卷直径为φ1lOmm，每条药卷长度50cm，重量约为4kg，炸药的爆力为320ml，用8#铜壳电雷管作为击发元件、非电导爆管为传爆元件，非电雷管为起爆元件引爆药包。

3.2爆破参数

炮孔为垂直孔，采用梅花形布置，钻孔孔距：a=2.0m；钻孔排距：b=2.5m；钻孔直径：D=138mm；药卷直径：d=110mm；岩层厚度（开挖平均厚度）：H=6~7m；钻孔超深：h=1.5~2.0m。

3.3单孔药量计算

炮孔装药量经验公式为Q=q×a×b×H。

式中：Q为炮孔装药量（kg）；q为炸药单耗（kg／m3）；a、b、H分别为孔距、排距、孔深（m）。

单位耗药量（q）：q=ql+q2+q3+q4。

式中：q1为基本装药量，垂直孔水下爆破基本单位炸药单耗1.2～1.5kg／m3；q2为爆区上方水压增量，q2=0.01h2，h2为水深，按11m计；q3为爆区上方覆盖层增量，q3=0.02h3，h3为覆盖层（淤泥或土、砂）厚度，按0m计；q4为岩石膨胀增量，q4=0.03H，H为爆破岩层厚度，按7m计。

3.4最大单段爆破药量

考虑爆破震动对既有峰福铁路的影响，需严格控制一次最大起爆药量，确保既有线的运营安全。一次最大起爆药量的确定：Q=（V／K）3/aR3

式中：Q为最大单段起爆的药量，即爆破最大一段装药量；V为控制的震动速度（cm/s）；K为爆破介质为中风化花岗岩，K值取180较适合；a取1.65；R为装药中心至保护目标的距离；为安全起见，按V=3cm/s控制爆破振速。

4施工难点及解决对策

4.1水下钻孔爆破跑钻、卡钻问题

（1）开钻时出现“跑钻”现象：由于套管及钻杆较长具有一定弹性，在不规则的岩面上钻进时易发生“跑钻”现象，若继续钻进会对钻机造成严重损害，甚至造成“别钻”现象。

解决对策：在钻机前端的支腿上安装一个套管，用以扶正定位器。开钻时放慢转速，减少竖向压力，待钻头将岩面钻破成槽后即可全功率钻进。

（2）钻孔过程中“卡钻”现象：因上一循环爆破将相邻孔位得岩石炸松或开裂，钻孔过程中岩石碎块掉入孔中造成卡钻现象，特别是在提钻（或退钻）的时更易发生卡钻现象。

解决对策为：

①卡钻的处理：在发生卡钻后，需辅以外部工具增加竖向力及水平扭矩，施以高风压回转钻杆并使其竖向往复运动，直至故障解除为止。

②卡钻的预防：一是在钻具连接杆锥面错落镶嵌硬质合金块，使可能造成卡钻的碎石在钻进或退钻的过程中被剪切珩磨粉碎，避免卡钻；二是在钻孔过程中，每钻1.0～1.5m需上下重复提钻扫孔，保证孔壁的光滑及掉落孔内沙石碎快及时随高压风水送出孔外，避免大量砂石块堆积导致卡钻；三是开钻时若遇到表面岩石极为破碎时需适当调整位置再进行钻孔，对应装药参数适当进行调整，避免卡钻。

4.2盲炮问题

原因：由于水下爆破施工采用的是钻孔与装药工序循环进行，后钻进的炮孔会对已装药炮孔造成影响，形成盲炮隐患。

解决对策：在每节药体上加装吊炮绳，确保装药时导爆管不被拉断。检查时若个别炮孔吊炮绳出现松动，则是炮孔堵塞密封问题，需重新密封堵塞至符合要求；若多个炮孔吊炮绳松动，可能因该处岩石裂隙发育大，已钻好炮孔窜入高压空气药柱遭到破坏所致，此情况采用隔排钻孔的方式解决。

4.3清渣平台稳定问题

闽江为山区河流，水位及流速变化较大，加之采用长臂挖机进行清渣作业过程中一直属于动荷载，在挖斗下水、开挖、起举及卸渣过程中荷载均不相同，特别是开挖作业中存在向前倾的一个反作用力，导致清渣平台不平稳，锚绳受力不均，严重会造成清渣平台及长臂挖机倾覆，造成安全事故。

解决对策：清碴平台除抛设主锚缆及八字锚缆外，在平台中间设竖向撑杆定位，撑杆靠钢管自重支撑在河床岩石上形“铰接点”定位，在长臂挖机作业过程中起锚固平台作用，固定清渣平台，效果良好。

5施工安全质量保证措施

（1）爆破施工作业时先进行试爆，从安全角度考虑，每次试爆时必须遵循爆破规模有小到大的原则。

（2）采用RTK-DGPS定位技术放样，要求实际孔位与设计孔位偏差在±0.2m范围之内。准确测量基岩顶面高程，以确保钻孔深度达到设计要求，避免漏爆。

（3）在下钻前必须实时察看水位，以确定下钻深度，在施钻过程中，水位每变化0.1m要修正一次下钻深度，确保设计深度。钻工通过下钻控制孔深。钻孔完毕，炮工用测深绳检查孔深。

（3）必须严格按爆破设计控制装药量和起爆顺序，钻机船移位时不可越过已装药的炮孔，以免刮断导爆管造成盲炮。

（4）采用先进水下测量设备，严格控制基坑开挖质量。基坑爆破及清渣完成后，对基坑进行硬式定深扫海或多波速扫海检测验收，确保基坑满足设计要求。

（5）基坑边坡不得有大体积的孤石悬挑，以防孤石滑落，影响套箱着床就位，个别孤石由潜水员潜水采用裸露爆破消除。

（6）双壁钢围堰下沉至设计标高后，应及时进行清基。清基应清除干净基坑中浮泥与岩面上残存物。清洗刃脚斜面杂物与附着物，使刃脚斜面露出面积满足设计要求，以保证封底混凝土质量及围堰抽水后不渗水。

6结束语

（1）裸岩河床嵌岩深水基础采用水下钻孔爆破开挖方法下沉双壁钢围堰施工，比冲击钻机锤击开挖速度快，质量可控，避免出现“冲击盲点”影响钢围堰下沉及封底质量。

（2）双壁钢围堰下沉要求基坑边坡平顺、基底平整，标高满足规范要求，水下钻孔爆破开挖基坑质量直接影响双壁钢围堰下沉及封底质量，水中基坑测量、钻爆设计施工及基坑清理是关键环节。

（3）因双壁钢围堰直接下沉至开挖基坑底面，即双壁钢围堰着床时周围未有限制，全部为水中下沉（无覆盖层），故钢围堰着床可准确定位，钢围堰形状及尺寸与承台尺寸保持一致（适当加大），采用钢围堰内壁作为承台模板，减少水下爆破基坑方量，可大大节约施工成本。

（4）采用RTK-DGPS定位技术及回声测深仪测量水深技术，利用《水深测量自动化成图系统》，实现计算机导航测量、同步采集定位座标和水深数据，以及内业数据处理，包括潮位改正、水深数据编辑和计算机成图，数据处理准确快捷，有效的指导现场施工。

本文对类似工程起借鉴作用。

参考文献

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[5]杜伟.探讨桥梁裸露基岩大型双壁钢围堰施工技术[J].四川建材.2012（05）.

作者简介：张林，男，1981年6月出生，工程师，中铁二十局集团第一工程有限公司福州绕城公路东南段项目副经理，2004年毕业重庆交通学院土木工程专业，电话：13137026906。