周硯

【摘 要】某碼頭為典型的灌注樁式多層框架結(jié)構(gòu)，本文分析了該碼頭在水下爆破振動激勵下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性和爆破施工的具體控制措施。為碼頭建筑物爆破振動安全評價和優(yōu)化爆破施工參數(shù)及工藝提供依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】水下爆破；爆破振動監(jiān)測；灌注樁式碼頭

0.概述

某碼頭距離岸邊100多m。為滿足大噸位船舶的?？考按a頭的正常運行，需要進行水下疏浚爆破，爆破開挖的巖石方量約為3000m3。該專用碼頭為灌注樁式高層框架結(jié)構(gòu)，設(shè)計抗震烈度為6級。水下疏浚爆破區(qū)域距離碼頭建筑物及主要設(shè)備（卸料機）較近，開挖邊線最近處離碼頭前沿僅3.0m。施工采用鉆爆法開挖，液壓抓斗水下出渣。通過水上作業(yè)船（駁）及鉆孔平臺配以導(dǎo)管穿過水層對巖石進行鉆孔，孔徑為90mm。采用抗水性較好的2#巖石乳化炸藥，裝藥結(jié)構(gòu)為不耦合連續(xù)裝藥（藥卷直徑為70mm），單孔藥量為5）10kg。工程具有特殊而敏感的施工環(huán)境，水下爆破誘發(fā)的爆破振動和水下沖擊波對碼頭建筑物及設(shè)備的安全影響問題成為工程重點關(guān)注的難題，因而在爆破施工中實施了爆破振動安全監(jiān)測。通過爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)，達到了科學(xué)評定碼頭爆破振動安全影響的目的，并在有關(guān)監(jiān)測成果分析的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了水下疏浚爆破鉆爆參數(shù)的合理調(diào)整和施工工藝的優(yōu)化。

1.爆破振動監(jiān)測方案及控制指標(biāo)

1.1監(jiān)測物理參量及儀器系統(tǒng)

爆破振動對建筑物的安全是否構(gòu)成影響，與爆破振動強度及振動頻率密切相關(guān)。反映爆破振動強度的物理量分別有質(zhì)點位移（S，mm）、質(zhì)點振動速度（V，cm/s）和質(zhì)點振動加速度（a，cm/s2）。質(zhì)點振動速度（V）相對能夠較好地反映建筑物的爆破振動特點，其傳播也較有規(guī)律，特別是通過國內(nèi)外工程界多年以來的大量工程實踐和總結(jié)，形成了一系列可供參考的建筑物爆破振動速度安全控制標(biāo)準(zhǔn)，以及一整套成熟且便于操作和分析的現(xiàn)場觀測方法，為利用質(zhì)點振動速度進行爆破振動監(jiān)測和控制提供了依據(jù)。故而選取質(zhì)點振動速度作為振動監(jiān)測的物理參量。現(xiàn)場監(jiān)測采用的儀器系統(tǒng)由振動傳感器、信號采集與記錄設(shè)備、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)3部分組成。振速傳感器有2種型號：CDJ-28P和CDJ-10P型振速傳感器（可測水平方向的振速），CDJ-28Z和CDJ-10Z型振速傳感器（可測豎直向振速）。記錄儀器為TOPBOX-508振動信號自記儀。波形顯示處理設(shè)備為裝有爆破振動分析軟件（TOPVIEW2000）的計算機。

1.2監(jiān)測方案及測點布置

根據(jù)現(xiàn)場施工環(huán)境及爆破施工方案，爆破振動安全監(jiān)測工作主要分為2個階段：前期結(jié)合生產(chǎn)性爆破試驗的爆破振動觀測和施工期爆破振動監(jiān)測。（1）結(jié)合生產(chǎn)性試驗進行爆破振動觀測，了解水下疏浚爆破開挖時爆破振動規(guī)律及碼頭結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性，為制定施工方案及參數(shù)提供依據(jù)。并根據(jù)碼頭結(jié)構(gòu)的響應(yīng)特點，提出爆破安全振動速度控制指標(biāo)。（2）在水下疏浚爆破施工過程中，針對典型爆源進行爆破振動的跟蹤監(jiān)測，根據(jù)振動測試結(jié)果，及時調(diào)整和優(yōu)化相應(yīng)開挖部位的爆破方案和參數(shù)，并提供碼頭爆破振動安全評定的實測數(shù)據(jù)。（3）建筑結(jié)構(gòu)的爆破振動強度是由結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地面質(zhì)點振動速度和結(jié)構(gòu)振動響應(yīng)特性綜合反映的，相關(guān)規(guī)范提出的控制指標(biāo)一般是指結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地面質(zhì)點振動速度?？紤]本碼頭結(jié)構(gòu)的特殊性，無法取得地面（水下）監(jiān)測數(shù)據(jù)，故爆破振動監(jiān)測點主要布置于系纜墩、靠船裝卸平臺及卸料機等部位。一個監(jiān)測點均同時布置垂直向和水平徑向振動傳感器。

1.3振動控制指標(biāo)

在國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中并無對灌注樁式碼頭質(zhì)點安全振動速度的明確規(guī)定，也無類似工程參考。

GB67221-2003《爆破安全規(guī)程》規(guī)定：對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)房屋，在振動頻率10-50Hz時，安全允許振速為3.5-4.5cm/s；交通部JTJ286-90《水運工程爆破技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定，重力式碼頭的安全振動速度為5-8cm/s；在《工程爆破理論與技術(shù)》中提出建筑物抗震烈度與相應(yīng)地面質(zhì)點振動速度的關(guān)系為：抗震烈度為6o時，允許地面質(zhì)點振動速度為3-5cm/s。

參考該碼頭設(shè)計抗震烈度為6o的標(biāo)準(zhǔn)，在綜合考慮以上相關(guān)規(guī)范及有關(guān)工程經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，擬定本工程灌注樁式碼頭爆破安全振動速度[V]=3-5cm/s。在碼頭靠船裝卸平臺處進行監(jiān)測并以該處監(jiān)測數(shù)據(jù)作為安全評定時，參考爆破振動傳播特性和實測高程放大效應(yīng)，按安全保守取值（放大系數(shù)1.5），確定碼頭平臺的爆破質(zhì)點振動速度控制指標(biāo)為[V]=4.5-7.5cm/s。

2.監(jiān)測成果及分析

2.1監(jiān)測成果

針對本水下疏浚爆破開挖工程，共進行了9場次的爆破振動監(jiān)測。從監(jiān)測結(jié)果可以看出，由于對爆破規(guī)模和最大單響藥量進行了嚴(yán)格控制，并采取合理的微差起爆網(wǎng)路，在水下疏浚施工爆破中，碼頭靠船裝卸平臺處的質(zhì)點振動速度基本都控制在允許指標(biāo)內(nèi)。另外，在卸料機處實測的質(zhì)點振動速度均小于1.0cm/s。監(jiān)測數(shù)據(jù)說明，本水下疏浚爆破工程未對碼頭建筑物和主要設(shè)備造成不利的振動影響。

2.2關(guān)于單響藥量及微差間隔時間

在結(jié)合相關(guān)工程經(jīng)驗及參考爆破振動安全監(jiān)測成果的基礎(chǔ)上，對爆破施工提出如下要求：對各施工區(qū)域的爆破參數(shù)實行分區(qū)控制，距碼頭前沿6m以外的區(qū)域，單孔單段藥量控制在6-10kg，孔間延期在50ms以上；距碼頭前沿6m以內(nèi)的區(qū)域，單段藥量應(yīng)控制在4.5-6kg以內(nèi)，接近裝卸平臺的開挖輪廓邊緣取小值，孔間延期也應(yīng)確保在50ms以上。

2.3碼頭結(jié)構(gòu)響應(yīng)特點分析

通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，碼頭結(jié)構(gòu)在水下疏浚爆破振動激勵下有如下特點：

（1）碼頭高層框架結(jié)構(gòu)對振動具有一定的高程放大效應(yīng)。在系纜墩不同高程處布置的測點所測的數(shù)據(jù)可以明顯地反映出這一放大效應(yīng)。在某次監(jiān)測中，上部測點垂直方向峰值振動速度為5.51cm/s，下部測點垂直方向峰值振動速度為2.79cm/s；另一次監(jiān)測中，其上部測點垂直方向峰值振動速度為2.68cm/s，下部測點垂直方向峰值振動速度為1.79cm/s，上、下兩測點的高差為6.7m。實際的放大系數(shù)對于科學(xué)評定爆破振動安全和合理優(yōu)化爆破參數(shù)具有參考意義。

（2）框架結(jié)構(gòu)的濾波特性。根據(jù)以往的爆破振動研究，單響藥量小且規(guī)模小的爆破所誘發(fā)的振動頻譜較寬，且能量主要集中在高頻部分。對在碼頭結(jié)構(gòu)上監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行頻譜分析，爆破振動的主頻集中在20）50Hz，且頻段較窄，而此類框架結(jié)構(gòu)的自振頻率恰好也在20Hz左右，可以推斷此框架結(jié)構(gòu)僅對頻率在其自振頻率附近的振動產(chǎn)生了響應(yīng)，而將與其自振頻率相差較大的振動濾掉。

3.結(jié)論

通過水下疏浚爆破的振動監(jiān)測，有如下幾點結(jié)論：（1）針對水下疏浚爆破施工進行的爆破振動監(jiān)測，對爆破施工實現(xiàn)了有效的安全監(jiān)控。（2）水下爆破工程要取得碼頭結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地面質(zhì)點振動速度往往十分困難。本工程采用碼頭平臺實測值及相關(guān)安全控制指標(biāo)的處理，證明是一種合理且可操作的方法，對類似工程有參考借鑒作用。（3）多層框架結(jié)構(gòu)的碼頭建筑物存在一定的高程放大效應(yīng)。根據(jù)本工程監(jiān)測數(shù)據(jù)和爆破振動影響的分析，采用了振動速度控制標(biāo)準(zhǔn)[V]=4.5-7.5cm/s，對保證碼頭的爆破振動安全和水下疏浚爆破工程的正常施工都是恰當(dāng)?shù)摹?/p>

【參考文獻】

[1]GB6722-2003爆破安全規(guī)程[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2004.