浅谈深水围堰基坑水下爆破高精度全息地形测量施工技术

王崧霖

摘 要：在围堰施工前，需要对水下地形进行测量。利用回声探测原理，经探头发射声波到水底，声波在水底反射回到探头，可测得声波信号往返行程所需要的时间，从而完成水下地形的精确测量。根据测试数据，可确定围堰处基础的爆破深度，从而开展爆破设计和施工。爆破完毕后进行清渣，重复测量地形，确定围堰基坑爆破深度和围堰基坑的平整度，从而全面验收围堰基坑。该技术具有精度高、速度快、成本低、过程全自动化、安全的特点。

关键词：深水围堰；全息地形测量；基坑；钻孔桩

中图分类号：O383 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.08.152

随着国家桥梁建设的蓬勃发展，适用于深水区域基础施工的双壁围堰施工技术得到了广泛应用。我国跨江、海桥梁均大规模采用了双壁围堰作为水深急流区域桥梁基础施工的外围结构。中铁三局集团公司承建的新建怀邵衡铁路湘江特大桥以连续梁结构跨越湘江，主跨27#～33#墩采用12根φ2.2 m的钻孔桩，承台采用矩形双层承台，下层尺寸为21 m×15.2 m，高为3 m，上层尺寸为15 m×9 m，高为3 m。湘江特大桥水中承台28#～32#墩均为低桩承台，嵌入弱风化岩层，墩位处河床几乎无覆盖层。其中，29#墩位处水深为20 m，承台伸入岩层8 m。

根据水文、地质等因素进行综合方案比选后，决定采用双壁钢围堰进行施工，围堰下沉到位后进行钻孔桩施工。围堰施工前，需要对水下河床地形进行准确测量，并进行水下爆破；爆破清渣完成后，需测量基坑深度和平面尺寸，以确定其是否满足要求。墩位处水下河床地形和爆破完成后的基坑验收测量均采用了“深水围堰基坑水下爆破高精度全息地形测量施工技术”。利用回声探测技术手段，成功解决了传统测深锤和测深杆测量精度低的问题，有效提高了深水围堰基坑施工的测量精度。

1 概述

1.1 施工特点

具体的施工特点有以下3点：①采用回声探测技术，实现了深水围堰范围内的地形全息探测，为爆破施工和基坑验收提供了有效的数据支持。②测量精度高。高程定位精度控制的偏差在±2 cm+0.1%h以内。③弥补了传统人工测深锤和测深杆测量速度慢、精度低、数据处理复杂等缺陷，测量作业安全性高、信息化程度高，科实现数据采集、分析自动化。

1.2 适用范围

本项施工技术适用于跨江、河等深水围堰基础施工中得河床地形测量，也适用于一般的深水基础水下测量和施工定位。

1.3 工艺原理

高程测量利用回声探测原理，经探头发射声波在水中传播，声波在水底反射回到探头被接收，根据测得的声波的往返时间及其在水中的传播波速计算河床面的高程，从而得水下地形三维测量数据。

2 施工工艺流程及操作要点

2.1 施工工艺流程

施工工艺流程如图1所示。

2.2 操作要点

2.2.1 施工准备

根据《中华人民共和国水上水下施工作业通航安全管理规定》《中华人民共和国海事行政许可条件规定》中的要求，施工前应与水利、航道、海事等相关部门对接，完成水中施工专项方案的编制和报批工作，并办理水中爆破、海事、航道等施工许可证，从而为开展水下施工作业提供先决条件。

图1 施工工艺流程图

2.2.2 桥梁控制网的布设和测量

在江岸两侧布设桥梁控制网，高程控制网点与平面控制网点共用点位。根据控制网的等级要求，按照一定的精度测量控制网点，精密平差后形成桥梁控制网，从而为全息地形测量提供平面和高程控制依据。

2.2.3 水下河床地形测量

2.2.3.1 测量线路和测量范围

为了能采集到围堰区域及其附近的地形数据，结合测深仪的机动性、工作效率、通航、地形等因素，在测量前设计了测量线路和测量范围，包括测量的主要路线、密度、方向等。根据测深仪的工作频率，桥位线路方向的测量密度为1.5～2.0 m，横向精度为3.5～4.0 m。围堰单侧外12 m的区域内测量范围，纵向为线路方向全部测量。

2.2.3.2 河床地形的测量

在测量河床地形前，先用GPS对点，将GPS架设在岸边桥梁控制网任一网点进行校核；校核完毕后，用水准仪测出水面标高，将GPS安装至中海达HD-370测深仪的连接杆上，将二者的数据线相连，并插入U盘储存数据；连接完成后，设置测深仪吃水深度和探测头标高，开始测量河床地形；将测量仪器搭载至机动舟上，从而测量河床地形；在测量时，测量人员根据既定点位指挥机动舟移动，保证按照原定测量密度对河床地形进行测量。

2.2.4 数据的整理和分析

河床地形按照原定密度测量完毕后，将测量数据储存至U盘；将U盘拔出连接至电脑，利用测深仪数据分析软件将测量数据转换成文本格式，内容包括点号、坐标、河床底高程；将文本格式转换成表格格式，利用南方CASSR软件将测量数据导入CAD中，形成测量河床地形图形，图形包括点位和高程。

2.2.5 爆破设计与施工

2.2.5.1 爆破深度及范围设计

河床地形图绘制完毕后，根据设计文件计算爆破深度和爆破范围；爆破基坑坡比按1∶1设计，基坑底比围堰外侧宽出1 m；将爆破范围绘制在河床地形图上，并计算爆破基坑坐标。为了保证后续清渣施工的质量，爆破深度应比围堰设计底标高深1.0 m，从而为围堰着床及护筒埋设提供条件。

2.2.5.2 爆破施工

根据以往的施工经验，钻孔爆破采用工效较高、性能良好的CQ100型航道潜孔钻机船，钻孔孔位采用全站仪或GPS直接测定，并利用钻机船抛设的主缆和横缆移动船位和调整孔位。在孔位上测量水深时，根据施工水位高程和设计河底高程计算岩层的厚度，从而确定钻孔深度。由于施工是在固定的爆破平台上进行的，所以，不需考虑水流和风浪的影响，在平台上用GPS确定孔位即可。为了防止水流钻杆影响钻孔位置，在钻爆孔位下放置了液压固定套管，并复核了孔位平面位置；复核无误后，利用潜孔钻机进行了钻孔施工，孔位钻孔采用大功率空压机对钻孔打压，从而保证钻渣及时排出，加快成孔速度；钻孔完成后，复核孔深和孔位，放置炸药进行爆破，爆破选用质量稳定、防水性能好的乳胶炸药和电雷管，并做好爆破器材的抗压、防水工作。

此外，在埋设炸药时，应做到以下3点：①装药到底，保证底部不出现石坎；②装药位置符合设计要求，尤其是在硬岩中装药时的位置必须准确；③为了避免因爆破而产生的地震波和水下冲击波对周围环境造成影响，本工程采用了单孔分段延期微差起爆技术，延爆时间不短于50 ms，且控制了最大起爆药量。

2.2.6 清渣

整体基坑爆破完成后，利用GPS进行抓渣船定位，每个墩位利用抓斗由桩位中心向外围进行清挖，清挖出的石渣放至到泥驳船上，由其运输至指定地点。

2.2.7 基坑底验收

在抓渣过程中，利用测绳初步测量抓渣后的基坑深度；全部清理完成后，利用测深仪和GPS验收水下基坑，测量方法与河床地形的测量方法相同，测量范围为基坑外围以内，测量精度为每点间距0.5 m。

2.2.8 基坑定位修正

数据采集完毕后，绘制CAD图形，利用分析软件确定抓渣未到深度的位置，并重新补抓；再次验收，直至合格后开始下一个基坑的施工。

3 结束语

利用测深仪和GPS定位系统缩短了水下施工测量的时间，加快了施工速度。本文提出的施工技术成功地解决了传统人工测深锤和测深杆存在的问题，具有安全性高、可靠性高、信息化程度高的特点。采用回声探测技术实现了深水围堰范围内的地形全息探测，为爆破设计与施工提供了有效的数据支持。

〔编辑：张思楠〕