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【摘 要】基床爆夯工艺是近几年来发展起来的一项新工艺，在我国港口建设中已经多次采用，它利用水中悬浮的炸药包群爆炸后产生的巨大冲击波与地震波的能量，使块石间互相错动、契合，其骨架结构破坏后重新组合、重新密实，最后达到抛石基床密实的目的。它与常规机械夯工艺相比，基床爆夯工艺具有工期短、成本低、密实效果好的优点，尤其适合在大厚度基床上使用。另外，已往爆夯的地基条件多是岩基，而烟台港三期工程基床爆夯施工的边界条件是砂质软基，这与已往有很大不同。因此，本文重点介绍基床爆夯在烟台港三期工程中的应用实例。
【关键词】烟台港三期;水下爆夯施工;施工工艺
一、工程概况及工程地质条件
1、工程概况
烟台港三期工程是亚行贷款、国际招标的工程，码头结构型式为重力式沉箱结构，分为杂货码头和集装箱码头两部分，其中杂货码头全长418m，前沿水深为-16.0m，基床边坡为1：1，顶宽16.2m，抛石厚度4.5～8.5m，爆夯面积约6460m2；集装箱码头全长543m，前沿水深为-14．0m，基床边坡1：1，顶宽13.4m，抛石厚度7.5～10.0m，爆夯面积8108m2。爆夯区周围环境一般，500m处有一滚装码头和候船大厅，海内有个体户养殖的海虹、鱼、海带、扇贝等。
2、工程地质条件
该区位于原三里桥河河口，下部河口相冲击特征较为明显，整个土层分布较为规律，依据其成因类型自上而下分为四大层：
第一层：海相沉积层
第二层：亚粘土及砂
第三层：亚粘土及粘土
第四层：强风化岩层
抛石基床下地基土为第二层中的2-3中粗砂层，其允许承载力〔R〕=280kPa。
二、基床爆夯试验
1、基床爆夯试验的目的
(1)确定合理的爆夯参数，
(2)检测爆夯对周围建筑物的影响程度。
(3)检测爆夯对基础的影响(沉降量)，确定基床抛石预留沉降量。
(4)检测爆夯对附近海洋生物养殖区的影响程度及范围，取得环保、海洋养殖业主主管单位及当地执法部门的评估认可。
2、试验段的选取
基床爆夯试验段选在杂货码头0+40m～0+80m。此段基槽开挖设计底标高为-23.5m，基床抛石设计顶标高为-16.0m，基床厚度7.5m，初步按0.6m夯沉量考虑，因而基床抛石施工标高定为-15.4m。
3、爆夯技术参数选取
根据规程要求，结合其他工程有关经验数值及本工程的实际情况确定参数如下：
q0爆夯单耗:取5.0kg／m3
a药包间距:取3.0m
b药包排距:取3.0m
H抛填石层平均厚度:8.1m
h2药包悬高:1.3m
q=q0abHη／n
当n取1时，即一次爆破，q=36.45kg，分三遍爆破，三遍爆夯的单药包药量分别为13、13、l1kg。
4、布药
（1）定位：根据设计的正方形网格将药包的位置统一编号，并计算出平面坐标位置，现场采用前方交会法进行船舶定位。选用6mxl2m铁驳，前后八字锚定位移位，定位一次可同时布设5个药包。
（2）药包加工：采用乳化炸药爆破，经与厂家协商，定做批量不同重量、硬质塑料包装的药包。
（3）配重：选用尼龙编织袋，以石块、石渣为原料做配重，每个重25—30kg。
（4）浮漂：采用泡沫制品做浮漂，每个浮漂以浮起药包为准。
（5）投药包：根据悬高将配重、药包、浮漂串联在一起，定好位置后將配重、药包、浮漂投入水下，如风浪较大，或海水流动较大可先下探杆导向，使配重、药包、浮漂沿探杆滑下，置于药包所在部位。
5、起爆
每个药包由2个非电雷管引爆，用塑料管做导线，导线长度根据水深确定，一般以露出水面2m为宜，连接后引至陆地，在岸上用起爆器由电雷管引爆。施工中根据安全操作规程确认无问题后，由爆夯施工指挥下令起爆。
6、测量手段与检查方法
（1）基床测量(用于计算爆夯段夯沉量)。
测量频度：爆夯前后各测量检查一次。
测点布置：每3m一个断面2m一个点。
定位方法：方驳定位，全站仪控制方驳位置。
测量方法：用长22m双铝合金方管(74mm×74mm)上部绑水准尺作测尺，岸上水准仪观测。
（2）爆夯影响段基床、前后坑石渣和基槽后边坡测量(用于计算爆夯影响段基床沉降量，观测爆夯前后基槽后边坡变化情况)。
测量频度：爆夯前后。
测点布置：每5m一个断面2m一个点。
定位方法：同上。
测量方法：水篮测深。
（3）潜水检查
检查频度：每遍施爆后。
检查内容：基床顶部块石破碎情况；基床坡肩坍塌情况；基槽后边坡变动情况。
7、试验结果及分析
（一）爆夯效果
（1）基床密实情况：通过观测夯前夯后基床标高，计算出基床总体夯沉率基本上达到基床厚度的15％，经潜水员检查，基床表面石块比较松散。
（2）夯后基床表面平整情况：基床中间约5m宽范围表面隆起，高出控制标高40cm左右。前后坡肩部位比控制标高低70cm左右。
（3）爆夯对未布药区基床及边坡的影响：爆夯施工对相邻段30m长基床有影响，对10m长范围内基床沉降影响较大。因此，观测基床夯前标高时应测出布药区30m以外。对挖泥边坡影响不明显。
（4）爆夯施工对海上养殖生物的影响：爆夯施工时由农业部渔业环境监测中心黄渤海区监测站对附近海上养殖生物做了跟踪监测，并出具了水下爆夯对海水养殖生物影响试验报告。结果表明：在一次起爆总药量在500kg条件下，爆夯施工对周围海洋养殖生物的影响不大。
在距爆源200m处的养殖网笼中放置扇贝、贻贝，距爆源600m处的网笼中放置黑鲷、鲈鱼、黑鮶爆夯前对试验生物(分试验组和对照组)进行24小时的暂养，爆夯后立即检查死亡情况，然后移至养殖区继续养殖，观察48小时并记录死亡情况。 通过试验发现，爆夯不会导致200m以外的贝类和600m以外的鱼类产生死亡现象。
(二)爆夯试验分析
（1)爆夯后经测量基床高程及潜水员检查，发现爆夯效果不很理想，影响因素主要有以下几点：
●炸药质量问题。购买的第一批乳化炸药质量存在问题，哑炮较多，给试验分析及确定合理的技术参数带来困难。
●一次起爆总药量太小。由于受周围海洋养殖生物的影响，一次起爆总药量被控制在500kg以内，地基震动较弱，影响了爆夯效果。
●药包、浮漂加工方法需要改进。施工时药包与浮漂和在一起，爆炸瞬间造成向上聚能，影响了能量的利用，并造成较大的负压。
●技术参数需要调整。可加大单药包重量，扩大布药网距，充分利用能量。
对于基床爆夯的验收标准，由于当时还没有国家标准，只能根据以往成功的经验并结合本工程的实际情况确定验收标准，为了保证工程质量，确保万无一失，我们专门请了爆夯专家，并同业主、设计单位、监理公司等有关人员召开了专题会议。最后确定爆夯标准为基床总体夯沉率应达到15%以上。
8、调整爆夯参数
通过基床爆夯试验段的施工，发现原定的爆夯参数不够合理，并且爆夯检验标准改为夯沉率达到15％以上，对技术参数调整如下：
杂货码头 单药包重量 Q=18kg
药包网距 a×b=3.5m×4m
吊高 h2=0.9m
布药宽度 B=14m
集装箱码头 单药包重量 Q=24kg
药包网距 a×b=4m×4.5m
吊高 h2=1.0m
布药宽度 B=12m
通过以后的施工发现，按照调整后的参数进行施工，杂货码头爆夯三遍，集装箱码头爆夯四遍，基床夯沉率皆能达到15%以上(夯沉率按施工段平均值进行统计)。
三、其他问题
1、炸药选型
通过爆夯效果比较，发现基床爆夯宜采用硝铵乳化炸药，水胶炸药爆速高，造价大，施爆效果不理想，不宜用于基床爆夯施工。
2、药包漂浮方法
漂浮物泡沫塑料应与药包分开，并在药包50cm以上，充分利用药包爆炸能量，避免基床隆起。
3、严格控制基床抛石标高
夯后基床平整度控制比较困难，若出现高点，给潜水作业带来较大工作量，宜取基床厚度的8％作为预留夯沉量，爆夯后补抛块石，顶层进行机械夯实。
4、做好施工记录
典型施工过程中要做好施工记录，内容包括作业时间、潮位、风浪、所有参数、作业及指挥人员等。
四、爆夯安全距离的确定
水下爆夯对人员、设备及建筑影响因素有两种，一是爆震，二是水中冲击波。
1、爆震安全距离
利用公式R=(K／V)1/α×Q1/3进行计算。其中：
R——爆震安全距离（m），
Q——药量（kg），取1000
K，α——与地质、地形、爆破方式有关的系数，R=55，α=1.85。
2、冲击波对船舶安全距离
木船：500m
铁船：250m
3、水冲击波对人员安全距离
游泳：2000m
潜水：2600m
五、后期施工情况
至99年4月份，烟台港三期工程基床爆夯施工已经全部完工，通过检测，每施工段基床夯沉率均达到15％以上。
为检测爆夯对周围建筑物的影响，烟台市地震局对距爆源522m、942m和1127m的3个测点的径向、切向和垂直向的最大振动速度以及三个方向的矢量合成进行了现场监测和计算，结果如下表：
最大振动速度（cm/s）
测点号 距离（m） 径向 切向 垂直向 合成值
1 522 2.96 2.2 5.2 6.38
2 942 0.70 0.45 0.49 0.97
3 1127 0.56 0.42 0.28 0.75
根据国家标准GB6722—86对建筑物振动速度的具体规定，土屋毛石结构房，允许振动安全值为1.0cm／s，一般砖木结构居民住房，允许振动安全值为2～3cm／s，钢筋混凝土框架结构允许振动安全值为5.0cm／s，以此次测试结果可以推算在一次起爆总药量小于990kg，即不会引起650m以外的钢筋混凝土结构和900m以外的各类建筑物产生损伤性影响，烟台市地震局对此出具了检测报告。
六、经济效益、工期及效果
1、工期
基床爆夯自98年8月份开始典型施工，99年4月份完工，根据对实际工作日的统计，基床爆夯总计用70个工作日，如果采用机械分层抛石分层夯实的施工工艺，按照交通部定额规定的效率，每点8夯次，每天工作16小时，则需要施工期大约1年时间，工期提前近300天，可以看出，爆夯工艺具有工期短的优点。
2、经济效益
施工时，我们对基床爆夯进行了招标，通过对几家有资质单位的比较，最后选择辽宁有色勘察研究院作为分包单位，爆夯的最初单价为5.0元／m3，由于施工过程中有设计变更，最后结算单价达到6.4元／m3，最后三期工程爆夯费用总计为90万元，通过相关计算,与机械夯相比，费用节约200万元左右，爆夯的单价是机械夯的1／3左右，可以看出，爆夯具有造价低的优点。
3、爆夯的效果
经过对码头后期的沉降位移观测分析，并同码头结构型式相似的烟台港二期工程-14.0m集装箱码头相比，可以看出，爆夯后的码头沉降要比机械夯的小。二期工程集装箱码头最大沉降量为28.9cm，平均沉降量为23cm，三期工程集装箱码头同期沉降量为25.4cm，平均沉降量为19.5m，因此，从码头后期沉降量来看，基床爆夯要比机械夯实更好一些。
目前码头沉降位移情况：至2001年10月20日杂货码头平均累计沉降量为22.7cm，集装箱码头平均累计沉降量为19.7cm，设计沉降量杂货码头为24cm，集装箱码头为29cm，因此码头沉降量基本都在设计控制范围内，另外，从沉降位移观测资料看，总沉降量基本上是均匀的，没有存在差异过大的沉降量，沉降也基本趋于稳定，杂货码头平均累计位移量为10.5cm，集装箱码头平均累计位移量为9.5cm，码头位移也都在設计控制范围内。
烟台三期工程从2001年10月份交付使用，到现在已经使用十年多了，从业主观测的沉降位移资料看，沉降量和位移量都很小，并且基本趋于稳定。
从目前码头的实际情况看，烟台三期工程的爆夯是成功的。
七、结束语
通过烟台港三期工程爆夯实例，我们体会到，爆夯施工确实是工期短、费用低、效果好，建议在符合爆夯条件的码头施工中，尽量采用爆夯施工工艺。
【关键词】烟台港三期;水下爆夯施工;施工工艺
一、工程概况及工程地质条件
1、工程概况
烟台港三期工程是亚行贷款、国际招标的工程，码头结构型式为重力式沉箱结构，分为杂货码头和集装箱码头两部分，其中杂货码头全长418m，前沿水深为-16.0m，基床边坡为1：1，顶宽16.2m，抛石厚度4.5～8.5m，爆夯面积约6460m2；集装箱码头全长543m，前沿水深为-14．0m，基床边坡1：1，顶宽13.4m，抛石厚度7.5～10.0m，爆夯面积8108m2。爆夯区周围环境一般，500m处有一滚装码头和候船大厅，海内有个体户养殖的海虹、鱼、海带、扇贝等。
2、工程地质条件
该区位于原三里桥河河口，下部河口相冲击特征较为明显，整个土层分布较为规律，依据其成因类型自上而下分为四大层：
第一层：海相沉积层
第二层：亚粘土及砂
第三层：亚粘土及粘土
第四层：强风化岩层
抛石基床下地基土为第二层中的2-3中粗砂层，其允许承载力〔R〕=280kPa。
二、基床爆夯试验
1、基床爆夯试验的目的
(1)确定合理的爆夯参数，
(2)检测爆夯对周围建筑物的影响程度。
(3)检测爆夯对基础的影响(沉降量)，确定基床抛石预留沉降量。
(4)检测爆夯对附近海洋生物养殖区的影响程度及范围，取得环保、海洋养殖业主主管单位及当地执法部门的评估认可。
2、试验段的选取
基床爆夯试验段选在杂货码头0+40m～0+80m。此段基槽开挖设计底标高为-23.5m，基床抛石设计顶标高为-16.0m，基床厚度7.5m，初步按0.6m夯沉量考虑，因而基床抛石施工标高定为-15.4m。
3、爆夯技术参数选取
根据规程要求，结合其他工程有关经验数值及本工程的实际情况确定参数如下：
q0爆夯单耗:取5.0kg／m3
a药包间距:取3.0m
b药包排距:取3.0m
H抛填石层平均厚度:8.1m
h2药包悬高:1.3m
q=q0abHη／n
当n取1时，即一次爆破，q=36.45kg，分三遍爆破，三遍爆夯的单药包药量分别为13、13、l1kg。
4、布药
（1）定位：根据设计的正方形网格将药包的位置统一编号，并计算出平面坐标位置，现场采用前方交会法进行船舶定位。选用6mxl2m铁驳，前后八字锚定位移位，定位一次可同时布设5个药包。
（2）药包加工：采用乳化炸药爆破，经与厂家协商，定做批量不同重量、硬质塑料包装的药包。
（3）配重：选用尼龙编织袋，以石块、石渣为原料做配重，每个重25—30kg。
（4）浮漂：采用泡沫制品做浮漂，每个浮漂以浮起药包为准。
（5）投药包：根据悬高将配重、药包、浮漂串联在一起，定好位置后將配重、药包、浮漂投入水下，如风浪较大，或海水流动较大可先下探杆导向，使配重、药包、浮漂沿探杆滑下，置于药包所在部位。
5、起爆
每个药包由2个非电雷管引爆，用塑料管做导线，导线长度根据水深确定，一般以露出水面2m为宜，连接后引至陆地，在岸上用起爆器由电雷管引爆。施工中根据安全操作规程确认无问题后，由爆夯施工指挥下令起爆。
6、测量手段与检查方法
（1）基床测量(用于计算爆夯段夯沉量)。
测量频度：爆夯前后各测量检查一次。
测点布置：每3m一个断面2m一个点。
定位方法：方驳定位，全站仪控制方驳位置。
测量方法：用长22m双铝合金方管(74mm×74mm)上部绑水准尺作测尺，岸上水准仪观测。
（2）爆夯影响段基床、前后坑石渣和基槽后边坡测量(用于计算爆夯影响段基床沉降量，观测爆夯前后基槽后边坡变化情况)。
测量频度：爆夯前后。
测点布置：每5m一个断面2m一个点。
定位方法：同上。
测量方法：水篮测深。
（3）潜水检查
检查频度：每遍施爆后。
检查内容：基床顶部块石破碎情况；基床坡肩坍塌情况；基槽后边坡变动情况。
7、试验结果及分析
（一）爆夯效果
（1）基床密实情况：通过观测夯前夯后基床标高，计算出基床总体夯沉率基本上达到基床厚度的15％，经潜水员检查，基床表面石块比较松散。
（2）夯后基床表面平整情况：基床中间约5m宽范围表面隆起，高出控制标高40cm左右。前后坡肩部位比控制标高低70cm左右。
（3）爆夯对未布药区基床及边坡的影响：爆夯施工对相邻段30m长基床有影响，对10m长范围内基床沉降影响较大。因此，观测基床夯前标高时应测出布药区30m以外。对挖泥边坡影响不明显。
（4）爆夯施工对海上养殖生物的影响：爆夯施工时由农业部渔业环境监测中心黄渤海区监测站对附近海上养殖生物做了跟踪监测，并出具了水下爆夯对海水养殖生物影响试验报告。结果表明：在一次起爆总药量在500kg条件下，爆夯施工对周围海洋养殖生物的影响不大。
在距爆源200m处的养殖网笼中放置扇贝、贻贝，距爆源600m处的网笼中放置黑鲷、鲈鱼、黑鮶爆夯前对试验生物(分试验组和对照组)进行24小时的暂养，爆夯后立即检查死亡情况，然后移至养殖区继续养殖，观察48小时并记录死亡情况。 通过试验发现，爆夯不会导致200m以外的贝类和600m以外的鱼类产生死亡现象。
(二)爆夯试验分析
（1)爆夯后经测量基床高程及潜水员检查，发现爆夯效果不很理想，影响因素主要有以下几点：
●炸药质量问题。购买的第一批乳化炸药质量存在问题，哑炮较多，给试验分析及确定合理的技术参数带来困难。
●一次起爆总药量太小。由于受周围海洋养殖生物的影响，一次起爆总药量被控制在500kg以内，地基震动较弱，影响了爆夯效果。
●药包、浮漂加工方法需要改进。施工时药包与浮漂和在一起，爆炸瞬间造成向上聚能，影响了能量的利用，并造成较大的负压。
●技术参数需要调整。可加大单药包重量，扩大布药网距，充分利用能量。
对于基床爆夯的验收标准，由于当时还没有国家标准，只能根据以往成功的经验并结合本工程的实际情况确定验收标准，为了保证工程质量，确保万无一失，我们专门请了爆夯专家，并同业主、设计单位、监理公司等有关人员召开了专题会议。最后确定爆夯标准为基床总体夯沉率应达到15%以上。
8、调整爆夯参数
通过基床爆夯试验段的施工，发现原定的爆夯参数不够合理，并且爆夯检验标准改为夯沉率达到15％以上，对技术参数调整如下：
杂货码头 单药包重量 Q=18kg
药包网距 a×b=3.5m×4m
吊高 h2=0.9m
布药宽度 B=14m
集装箱码头 单药包重量 Q=24kg
药包网距 a×b=4m×4.5m
吊高 h2=1.0m
布药宽度 B=12m
通过以后的施工发现，按照调整后的参数进行施工，杂货码头爆夯三遍，集装箱码头爆夯四遍，基床夯沉率皆能达到15%以上(夯沉率按施工段平均值进行统计)。
三、其他问题
1、炸药选型
通过爆夯效果比较，发现基床爆夯宜采用硝铵乳化炸药，水胶炸药爆速高，造价大，施爆效果不理想，不宜用于基床爆夯施工。
2、药包漂浮方法
漂浮物泡沫塑料应与药包分开，并在药包50cm以上，充分利用药包爆炸能量，避免基床隆起。
3、严格控制基床抛石标高
夯后基床平整度控制比较困难，若出现高点，给潜水作业带来较大工作量，宜取基床厚度的8％作为预留夯沉量，爆夯后补抛块石，顶层进行机械夯实。
4、做好施工记录
典型施工过程中要做好施工记录，内容包括作业时间、潮位、风浪、所有参数、作业及指挥人员等。
四、爆夯安全距离的确定
水下爆夯对人员、设备及建筑影响因素有两种，一是爆震，二是水中冲击波。
1、爆震安全距离
利用公式R=(K／V)1/α×Q1/3进行计算。其中：
R——爆震安全距离（m），
Q——药量（kg），取1000
K，α——与地质、地形、爆破方式有关的系数，R=55，α=1.85。
2、冲击波对船舶安全距离
木船：500m
铁船：250m
3、水冲击波对人员安全距离
游泳：2000m
潜水：2600m
五、后期施工情况
至99年4月份，烟台港三期工程基床爆夯施工已经全部完工，通过检测，每施工段基床夯沉率均达到15％以上。
为检测爆夯对周围建筑物的影响，烟台市地震局对距爆源522m、942m和1127m的3个测点的径向、切向和垂直向的最大振动速度以及三个方向的矢量合成进行了现场监测和计算，结果如下表：
最大振动速度（cm/s）
测点号 距离（m） 径向 切向 垂直向 合成值
1 522 2.96 2.2 5.2 6.38
2 942 0.70 0.45 0.49 0.97
3 1127 0.56 0.42 0.28 0.75
根据国家标准GB6722—86对建筑物振动速度的具体规定，土屋毛石结构房，允许振动安全值为1.0cm／s，一般砖木结构居民住房，允许振动安全值为2～3cm／s，钢筋混凝土框架结构允许振动安全值为5.0cm／s，以此次测试结果可以推算在一次起爆总药量小于990kg，即不会引起650m以外的钢筋混凝土结构和900m以外的各类建筑物产生损伤性影响，烟台市地震局对此出具了检测报告。
六、经济效益、工期及效果
1、工期
基床爆夯自98年8月份开始典型施工，99年4月份完工，根据对实际工作日的统计，基床爆夯总计用70个工作日，如果采用机械分层抛石分层夯实的施工工艺，按照交通部定额规定的效率，每点8夯次，每天工作16小时，则需要施工期大约1年时间，工期提前近300天，可以看出，爆夯工艺具有工期短的优点。
2、经济效益
施工时，我们对基床爆夯进行了招标，通过对几家有资质单位的比较，最后选择辽宁有色勘察研究院作为分包单位，爆夯的最初单价为5.0元／m3，由于施工过程中有设计变更，最后结算单价达到6.4元／m3，最后三期工程爆夯费用总计为90万元，通过相关计算,与机械夯相比，费用节约200万元左右，爆夯的单价是机械夯的1／3左右，可以看出，爆夯具有造价低的优点。
3、爆夯的效果
经过对码头后期的沉降位移观测分析，并同码头结构型式相似的烟台港二期工程-14.0m集装箱码头相比，可以看出，爆夯后的码头沉降要比机械夯的小。二期工程集装箱码头最大沉降量为28.9cm，平均沉降量为23cm，三期工程集装箱码头同期沉降量为25.4cm，平均沉降量为19.5m，因此，从码头后期沉降量来看，基床爆夯要比机械夯实更好一些。
目前码头沉降位移情况：至2001年10月20日杂货码头平均累计沉降量为22.7cm，集装箱码头平均累计沉降量为19.7cm，设计沉降量杂货码头为24cm，集装箱码头为29cm，因此码头沉降量基本都在设计控制范围内，另外，从沉降位移观测资料看，总沉降量基本上是均匀的，没有存在差异过大的沉降量，沉降也基本趋于稳定，杂货码头平均累计位移量为10.5cm，集装箱码头平均累计位移量为9.5cm，码头位移也都在設计控制范围内。
烟台三期工程从2001年10月份交付使用，到现在已经使用十年多了，从业主观测的沉降位移资料看，沉降量和位移量都很小，并且基本趋于稳定。
从目前码头的实际情况看，烟台三期工程的爆夯是成功的。
七、结束语
通过烟台港三期工程爆夯实例，我们体会到，爆夯施工确实是工期短、费用低、效果好，建议在符合爆夯条件的码头施工中，尽量采用爆夯施工工艺。