冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法与流程

本发明涉及桥梁基坑的施工领域，特指一种冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法。

背景技术：

我国东北地区在冬季具有严酷的气候条件，因冬季的气温极底而使得水面结冰和土层冻结，进而使得土木工程在东北地区的冬季无法进行施工，一般的建筑工程和桥梁工程均需待融冰土化后开始实施，这样就导致了可施工工期短，从而影响经济发展。

对于桥梁工程中的桥梁基坑的施工，该桥梁基坑设于水下，由于我国北方地区的冬期长、冻土深和冰层厚等原因，使得在北方地区的桥梁基坑开挖施工需安排在融冰后实施，从而耽误了施工开工时间，增加了总工期，降低了工程的经济效益。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法，解决现有技术中北方地区的桥梁基坑的施工需安排在融冰后实施而带来的耽误施工开工时间、增加总工期以及降低工程经济效益等的问题。

实现上述目的的技术方案是：

本发明提供了一种冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法，包括如下步骤：

于冰层表面上对应桥梁基坑的设计位置布设爆破点；

对应所述爆破点于所述冰层上进行钻孔施工从而形成位于所述冰层内的爆破孔；

制作适配所述爆破孔深度的炸药结构，将所述炸药结构插入所述爆破孔内；

引爆所述炸药结构，进而通过所述炸药结构爆破对应的冰层，从而于所述冰层内形成有与所述桥梁基坑的设计位置相对应的破冰区域；

清理所述破冰区域内的冰块，并沿所述桥梁基坑的设计位置的周缘插入基坑围护结构，通过所述基坑围护结构阻隔位于桥梁基坑内部和位于桥梁基坑外部的水；以及

于所述围护结构内进行水下混凝土封底施工从而形成封底结构层，所述封底结构层和所述基坑围护结构围合形成桥梁基坑。

本发明采用了爆破除冰的方法，利用炸药结构爆破待施工区域的冰层，并将爆破形成的冰块清除，从而实现了在融冰前进行桥梁基坑的施工，增加了年有效作业时间，有效缩短了总工期，具有显著的经济和社会效益。在爆破冰层时，将炸药结构设置在冰层内，而不与冰层之下的水接触，从而避免了炸药结构失效的现象，保证爆破作业的效果，能够将冰层炸裂开，从而有效的将冰层清除，为施工桥梁基坑提供了可能，能够加快施工速度。

本发明冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法的进一步在于，制作适配所述爆破孔深度的炸药结构进一步包括：

提供一保护管，所述保护管的长度适配于所述爆破孔的深度；

提供药卷和气囊袋，将所述药卷和所述气囊袋装入所述保护管内，从而于所述保护管内通过所述气囊袋分隔相邻的两个药卷，且所述保护管底部设有药卷；

提供第一雷管，将所述第一雷管装入位于所述保护管顶部的药卷内，并将所述第一雷管的导爆索伸出所述保护管的顶部并连接于一主起爆线路上；

于位于所述保护管顶部的药卷和所述保护管的管口之间施工封堵结构，通过所述封堵结构压紧固定位于所述保护管内的药卷和气囊袋，从而形成了炸药结构。

本发明冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法的进一步在于，将所述第一雷管装入位于所述保护管顶部的药卷内之后，还包括：

将所述保护管内的每一药卷均通过导爆索与所述第一雷管连接。

本发明冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法的进一步在于，施工封堵结构之前还包括：

提供第二雷管，将所述第二雷管装入位于所述保护管顶部的药卷内，并将所述第二雷管的导爆索伸出所述保护管的顶部并连接于一副起爆线路上；

将所述保护管内的每一药卷均通过导爆索与所述第二雷管连接。

本发明冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法的进一步在于，于位于所述保护管顶部的药卷和所述保护管的管口之间施工封堵结构，包括：

于位于所述保护管顶部的药卷之上施工形成第一封堵层；

于所述第一封堵层之上灌注水炮泥形成水炮泥结构层；

于所述水炮泥结构层之上至所述保护管的管口施工形成第二封堵层。

本发明冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法的进一步在于，在形成所述破冰区域时对所述破冰区域内进行抽水，使得所述破冰区域内的冰块下沉从而避免冰块间重新冻结。

本发明冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法的进一步在于，在对冰层进行钻孔施工之前还包括：

于冰层表面上对应桥梁基坑的设计位置的周缘切割所述冰层从而形成位于桥梁基坑的设计位置周缘处的沟槽，所述沟槽的底部位于所述冰层内；

于所述沟槽内填入岩棉板。

本发明冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法的进一步在于，于冰层表面上对应桥梁基坑的设计位置布设爆破点，包括：

根据桥梁基坑的设计位置制作呈网格状的施工平台，所述施工平台的尺寸大于桥梁基坑的截面尺寸；

将所述施工平台置于所述冰层之上，并将位于桥梁基坑的设计位置处的所述施工平台的网格的中心设计为爆破点。

本发明冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法的进一步在于，所形成的爆破孔的底部距所述冰层底部的距离在20厘米至40厘米之间。

本发明冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法的进一步在于，还包括：

待所述封底结构层达到设计强度后，对所述基坑围护结构内进行抽水；

抽水完成后，于所述封底结构层之上施工桥梁基坑的底板。

附图说明

图1为本发明冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法中炸药结构的剖视图。

图2为本发明冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法中位于单排的炸药结构间连接的结构示意图。

图3为本发明冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法中炸药结构内设置的雷管间连接的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

本发明提供了一种冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法，适用于结冰切冰下有水的桥梁基坑的施工工况，该爆破施工方法适用于厚度较厚的冰层的爆破破除，冰层厚度可为2米以上，对于冰层厚度较薄的破除可采用人工破除的方法进行凿除。而在冰层较厚时，采用人工凿除会很费力，且冬季外界环境寒冷，不适于长期的户外作业。本发明中采用的爆破破冰方法，能够快速破除桥梁基坑位置处的冰层，从而为桥梁基坑的施工提供作业基础，实现了在融冰前能够进行桥梁基坑的施工，增加了年有效作业时间，有效缩短了总工期，且施工速度快，具有显著的经济和社会效益。下面结合附图对本发明冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法进行说明。

本发明提供的冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法，包括如下步骤：

在冰层表面上对应桥梁基坑的设计位置布设爆破点，该爆破点用于设置爆破用的炸药结构，桥梁基坑的设计位置依据所设计的桥梁施工资料进行确定；

对应所布设的爆破点在冰层上进行钻孔施工从而形成位于冰层内的爆破孔，该爆破孔的底部与冰层的底部留设有一定的距离，从而使得该爆破孔与冰层之下的水相隔离；

如图1和图2所示，制作适配于爆破孔深度的炸药结构21，该炸药结构的长度大致等于爆破孔的深度，可以将炸药结构的长度设计成顶端略低于爆破孔的孔口，其也不会影响冰层爆破的效果；将炸药结构插入到爆破孔内，冰层上布设有多个爆破孔，每一个爆破孔内均插设有炸药结构；

引爆炸药结构，从而使得每一爆破孔内的炸药结构爆炸，进而通过炸药结构爆破对应的冰层，从而在冰层内形成有与桥梁基坑的设计位置相对应的破冰区域，该破冰区域是指通过炸药结构的爆炸而使得冰层破裂的区域，该破冰区域的大小较佳等于桥梁基坑的设计位置的大小，也可以略大于桥梁基坑的设计位置的大小；

在将桥梁基坑的设计位置处的冰层爆破形成破冰区域后，清理该破冰区域内的冰块，并沿着桥梁基坑的设计位置的周缘插入基坑围护结构，通过基坑围护结构将位于桥梁基坑内部的水和位于桥梁基坑外部的水隔离开来，该基坑围护结构为密闭结构，其内部围合形成的空间即为桥梁基坑；

于所述围护结构内进行水下混凝土封底施工从而形成封底结构层，该封底结构层设于围护结构内部的底部，该封底结构层和基坑围护结构围合形成了桥梁基坑，从而实现了在冰层存在的工况下进行桥梁基坑的施工，可在融冰前进行桥梁基坑的施工，不受气候条件的影响，提早了施工时间，增加了可施工作业时间，缩短了总工期，具有显著的经济和社会效益。另外，在布设炸药结构时，装设炸药结构的爆破孔设于冰层内，使得炸药结构与冰层之下的水相隔离，避免了炸药结构可能失效的现象，保证了爆破作业的效果，为施工桥梁基坑提供了基础。

本发明的冰层水下桥梁基坑的爆破施工方法的施工环境为，桥梁基坑的设置位置对应的结构从上之下为冰层、冰层之下的水、以及水下的土层，而该冰层的厚度较厚，一般在2米以上，如果采用人工破除难度较大，故而本发明提出了采用爆破破除冰层的工法，有效快速的实现了冰层的破除。

本发明中的桥梁基坑的设计位置可选择在桥梁基坑大小的基础上留出一定的余量，若桥梁基坑的长度为L1，宽度为L2，可将该桥梁基坑的设计位置选定为侧部各留宽1米，该桥梁基坑的设计位置的面积S＝(L1+2)(L2+2)。在实际施工时，于冰层表面对应桥梁基坑的设计位置的四个角的位置进行测量定位，在四个角处打入定位标识，并拉出四个边的定位线，在定位线位置采用无齿锯对冰层进行切割，顺着四个定位线的位置切割形成沟槽，也即在冰层表面上对应桥梁基坑的设计位置的周缘切割冰层从而形成位于桥梁基坑的设计位置周缘处的沟槽，该沟槽的底部位于冰层内，在该沟槽内填入岩棉板，利用岩棉板的柔性变形隔断爆破除冰时爆破应力波向四周扩散，从而保护位于桥梁基坑的设计位置以外的冰层的完整，保证桥梁基坑的设计位置处的爆破不影响或者少影响临近区域，该岩棉板还具有保温防冻的作用，隔离了沟槽两侧的冰层结构，保证隔断爆破应力波的效果。较佳地，将沟槽的宽度设计为30毫米，深度设计为40毫米，而嵌入沟槽内岩棉板厚度为25毫米。

作为本发明的一较佳实施方式，在冰层表面上对应桥梁基坑的设计位置布设爆破点进一步包括如下步骤：根据桥梁基坑的设计位置制作呈网格状的施工平台，将该施工平台的尺寸设计为大于桥梁基坑的截面尺寸，将该施工平台置于冰层上，并将位于桥梁基坑的设计位置处所述施工平台的网格的中心设计为爆破点。较佳地，该施工平台采用工字钢横纵交错连接制成，该施工平台的大小为在面积S的基础上向四周扩展2米，即该施工平台的长度为L1+6，宽度为L2+6。施工平台内所形成的网格宽度为2米*2米，将施工平台置于冰层上对应桥梁基坑的设计位置处时，该施工平台的四周有2米的范围置于桥梁基坑的设计位置之外的冰层上，这样使得在后续的爆破除冰作业过程中，该施工平台不会因爆破作业而落入水中，该施工平台一方面提供了作业施工的操作台，另一方面还方便定位爆破点，由于在放置施工平台之前，已经在桥梁基坑的设计位置施工好了沟槽及岩棉板，在放置施工平台时，可将施工平台对应沟槽及岩棉板放置即可，在对冰层进行钻孔施工时，可将钻孔机放置在施工平台上，并对应位于桥梁基坑的设计位置内的网格的中心进行钻孔即可。将施工平台放置于冰层上后，利用限位件固定施工平台，在施工平台的四个角部处的网格的四角均插入限位件，该限位件通过钢板与工字钢的上下翼缘板焊接固定，限位件为钢棍或铁棍，长度为1.5米。更进一步地，在钻孔施工形成爆破孔时，控制所形成的爆破孔的底部距冰层底部的距离在20厘米至40厘米之间，通过留设一定的距离使得爆破孔与冰层之下的水隔绝，避免水进入到爆破孔内而影响炸药结构的爆炸效果。较佳地，该爆破孔的底部距冰层底部的距离为30厘米。爆破孔的底部距冰层底部留设了一定距离，还使得爆破时冰层能够彻底破裂分离，提高了爆破破除的效果。

作为本发明的另一较佳实施方式，在制作适配爆破孔深度的炸药结构进一步包括：如图1和图2所示，提供一保护管211，该保护管211的长度适配于爆破孔的深度；提供药卷212和气囊袋213，将药卷212和气囊袋213装入保护管211内，从而在保护管211内通过气囊袋213分隔相邻的两个药卷212，且保护管211的底部设有药卷212，其中的药卷212为制造成卷筒状的炸药，气囊袋213为空气袋，可以为由PE材料制成的薄袋子内填充空气制成。该炸药结构21内装设的药卷212的数量可根据所需爆破的冰层结构所需的爆破力进行计算；提供第一雷管214，将第一雷管214装入位于保护管211顶部的药卷212内，并将第一雷管214的导爆索2141伸出保护管211的顶部并连接于一主起爆线路22上，这样使得多个炸药结构的第一雷管214并联在主起爆线路22上，通过该主起爆线路22可实现引爆多个炸药结构的功能；接着在位于保护管211顶部的药卷212和保护管211的管口之间施工封堵结构216，利用封堵结构216压紧固定位于保护管211内的药卷212和气囊袋213，从而形成了炸药结构21。更进一步地，制作炸药结构21时，将炸药结构21中的第一雷管214装入位于保护管211顶部的药卷212内之后，将保护管211内的每一药卷212均通过导爆索与第一雷管214连接，这样使得第一雷管214引爆后能够确保引爆每一药卷212，使得炸药结构21能够爆炸完全。

作为本发明的又一较佳实施方式，结合图3所示，制作炸药结构21时，施工封堵结构216之前还包括：提供第二雷管215，将第二雷管215装入位于保护管211顶部的药卷212内，并将该第二雷管215的导爆索2151伸出保护管211的顶部并连接于一副起爆线路23上，使得多个炸药结构的第二雷管215并联在副起爆线路23上，通过该副起爆线路23可实现引爆多个炸药结构的动感；将保护管211内的每一药卷212均通过导爆索与第二雷管215连接，使得第二雷管215引爆后能够确保引爆每一药卷212，使得炸药结构21能够爆炸完全。在本实施方式中，设计了两条独立的起爆线路，采用加强复式连接法，能够保证炸药结构的引爆，从而确保爆破除冰的效果。

作为本发明的再一较佳实施方式，在位于保护管211顶部的药卷212和保护管211的管口之间施工封堵结构216包括如下步骤：于位于保护管211顶部的药卷212之上且保护管211内施工形成第一封堵层2161，在第一封堵层2161之上且保护管211内灌注水炮泥形成水炮泥结构2162，在水炮泥结构2162之上且保护管211内至保护管211的管口施工形成第二封堵结构2163，施工第一封堵层2161和第二封堵层2163为向保护管211内灌注采用中砂制成的混凝土浆液。利用水炮泥结构2162可起到较好的封口作用，确保炸药结构21的防水性。

在本发明炸药结构21起爆后，清理破冰区域内的冰块的同时，在炸药结构21起爆形成破冰区域时对破冰区域内进行抽水，可将抽水泵放置于破冰区域内的水中进行抽水作业，该抽水作业需将破冰区域内的水位降低，可以在降低至原水位以下30厘米后不再抽水，通过抽水使得破冰区域内的冰块下沉从而避免了冰块在水中重新冻结形成整块。清理破冰区域内的冰块之前，将破冰区域处的施工平台移到外侧的冰层上，采用长臂挖掘机对破冰区域进行清理。破冰并清除后，从而在冰面上露出桥梁基坑的施工区域，在该施工区域内只有水，而无冰层，本发明的基坑围护结构采用钢板桩，将钢板桩打入到桥梁基坑的周缘，从而围合形成了桥梁基坑的施工区域。

更进一步地，待封底结构层达到设计强度后，对基坑围护结构内进行抽水，将基坑围护结构内的水抽干，在抽水过程中，观察钢板桩的变形情况，若钢板桩内侧垂直度内倾1.5°以上时，立即向基坑围护结构内回注水，并对钢板桩进行加固处理，可利用支撑进行支护，在抽水完成后，在封底结构层之上施工桥梁基坑的底板，该底板采用钢筋混凝土结构，而后可在桥梁基坑内进行桥梁的基础桥墩的施工作业了。

以上结合附图实施例对本发明进行了详细说明，本领域中普通技术人员可根据上述说明对本发明做出种种变化例。因而，实施例中的某些细节不应构成对本发明的限定，本发明将以所附权利要求书界定的范围作为本发明的保护范围。