桥区航道水下爆破对桥梁振动影响研究

吴玉林　王凤娟

（1.重庆航运建设发展有限公司 重庆市 渝北区 4011212.重庆港务物流集团有限公司 重庆市 江北区 401120）

桥区航道水下爆破对桥梁振动影响研究

吴玉林1王凤娟2

（1.重庆航运建设发展有限公司 重庆市 渝北区 4011212.重庆港务物流集团有限公司 重庆市 江北区 401120）

重庆嘉陵江石门大桥为独塔单索预应力混凝土斜拉桥，针对嘉陵江航道炸礁工程进行爆破振动安全监测，为桥梁建筑物爆破振动安全评价和优化施工方案提供依据，并分析了监测结果和安全控制指标，对桥区河段炸礁提供了经验选择。

1　概述

重庆嘉陵江石门大桥位于沙坪坝区中渡口和江北区大石坝之间，是沙坪坝区和江北区的重要桥梁，桥型为独塔单索预应力混凝土斜拉桥。跨越嘉陵江，全长716m。主桥为200+230（m）单索面独塔预应力混凝土斜拉桥，桥面全宽25.5m，设4车道。墩高约50m，塔柱自桥面以上高113m，塔总高约163m。拉索采用平行索布置，索距7.5m，拉索最长达230m，全桥共216根拉索。为满足嘉陵江航道三级航道建设，需要对该处位于桥下的礁石进行水下爆破，爆破开挖土石方方量约为28000m3。

图1　石门大桥

桥下礁石即水下炸礁区域距桥墩及附近码头较近，爆破区距大桥梁底高度约50m，距左岸石门大桥1#桥墩最近距离70m，距右岸石门大桥2#桥墩140m。施工采用钻孔爆破法开挖，清渣船水下清渣。通过钻孔船对水下岩石进行钻孔，孔径为110mm，超深2m。采用防水性能较好的乳化炸药，并使用PVC管加工包装，防止药柱变形。雷管采用防水性能较好的毫秒延时电雷管（1～10段），采用毫秒差爆破以减小爆破地震波和水下冲击波。单孔装药量控制11kg以内。

工程具有特殊而敏感的施工环境，水下爆破诱发的爆破振动和水下冲击对附近石门大桥的安全影响成为工程重点关注的难题，因而在爆破施工中实施了桥梁的爆破振动速度监测。通过监测数据，达到了科学评定大桥振动安全影响的目的，并在有关监测成果分析的基础上，实现水下爆破钻爆参数的合理调整和施工工艺的优化（见图2）。

图2　炸礁区域爆破分层示意图

2　石门大桥安全监测方案及控制指标

2.1监测物理参量及仪器系统

目前，在爆破工程中振动控制参量可采用地震动加速度、速度和位移。从物理机制分析，加速度与惯性力相联系，速度与能力相关，而位移则反映变形。大量工程实践证明，振动速度与建筑物和构筑物的破坏和结构失稳相关性较好，因此，目前国内外大多采用振动速度作为控制参量。我国《爆破安全规程》（GB6722-2003）对安全振动速度做出明确规定而且又按频率分段进行了修订，因此，我们选定振动-频率双因素相关联的安全判据对航道礁石爆破对石门大桥的影响进行安全评估。

现场速度测试仪器采用爆破振动仪及配套的速度传感器，可实现多通道数据采集、储存和分析。爆破振动仪采用TC-4850型，该仪器是记录、分析爆破引起的地震波形信号的便携式仪器，仪器直接与速度传感器相连，通过RS232接口将波形传给计算机，由计算机对数据进行处理。

2.2监测方案及测点布置

根据现场施工环境及爆破施工方案，爆破振动安全监测分为2个阶段：①爆破试验阶段的振动监测；②施工过程中的爆破振动监测。

（1）结合爆破试验阶段的振动监测，了解航道礁石爆破振动规律及石门大桥结构响应特性，为制定施工方案及参数提供依据。并根据石门大桥结构的响应特点，提出爆破安全振动速度控制指标。

（2）在施工过程中，针对典型爆破进行爆破的跟踪监测，根据振动监测数据，及时调整和优化相应部位的爆破方案和参数。

（3）根据桥梁结构特点及爆破地震荷载特点，选取主桥、相邻两跨引桥和基岩作为监测对象。具体位置详见图3。

图3　桥梁结构位置图

2.3振动控制指标

《爆破安全规程》（GB6722-2003）中，爆破振动安全允许标准未明确桥梁结构的运行范围，但对其他主要类型的建（构）筑物地面质点爆破振动安全允许标准规定如下：①土窑房、土坯房、毛石房屋0.5～1.0cm/s；②一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物2～ 2.5cm/s；③钢筋混凝土框架房屋3～4cm/s。

考虑到石门大桥的重要程度及其所处地理位置，要求爆破施工方严格控制装药量及采取其他安全技术措施，确保施工安全，经过专家审查后，最终将桥台处基岩质点振动安全允许速度峰值设定为1.0cm/s，并以此为控制阀值。

3　爆破振动监测成果及分析

3.1振动监测成果

针对该河段水下炸礁工程，共进行了70次爆破监测；2013年度进行了4次试验性爆破振动监测，2014年度进行了66次施工过程中的爆破振动监测。从监测结果可以看出，由于对爆破规模和最大单响药量进行了严格，并采取合理的未查起爆网路，在整个爆破期间嘉陵江石门大桥在塔、墩附近基岩上的实测速度合成幅值峰值最大为0.913cm/s，小于规定的控制阀值1.0cm/s。监测数据说明嘉陵江航道礁石爆破施工引起的振动对大桥结构安全影响不大。此外，随机对正常通车情况下的主桥速度进行了测试，测试结果为0.406cm/s（最大合成幅值峰值）。

表1　4次试验性爆破监测最大振动速度分析一览表

3.2桥梁结构响应特点分析

通过对监测数据的分析，石门大桥在水下炸礁爆破过程呈现如下特点：

（1）爆破振动速度的大小与爆破地点距桥墩的距离有所关系，主要体现在四次爆破均出现在距大桥最近的2号桥墩墩顶面桥面。

（2）桥梁结构对振动具有一定的高程放大效应，桥梁不同高程处布置的测点所测到的数据可以明显的反映这一放大效应。实际的放大系数对于科学评定爆破振动安全和合理优化爆破参数具有参考意义。

4　结论

（1）针对水下航道炸礁爆破施工进行振动监测，对爆破施工实现了有效的安全监控。

（2）水下爆破工程要取得大桥结构基础的振动速度往往十分困难。本工程采用桥梁结构的合理布置监测点及相关安全控制指标的处理，证明是一种合理且可操作的方法，对类似工程有参考借鉴作用。

（3）在城区航道炸礁，桥梁交通流量较大，爆破与桥梁距离较近，采用振动速度控制标准[v]=1.0cm/s，对保证桥梁安全和爆破工程的正常施工都是恰当的。

[1]《爆破安全规程》（GB6722-2003）[M].北京.中国标准出版社，2004.

[2]《水运工程爆破技术规范》（JTJ286-90）[M].北京：人民交通出版社，1992.

[3]重庆嘉陵江石门大桥检查报告[R].重庆：重庆公路监测中心，2014.

U441.3

A

1673-0038（2015）18-0192-02

2015-3-19

吴玉林（1983-），男，研究生，主要从事水运基础设施建设工作。