入巖控制爆破技術(shù)在鐵路橋梁挖孔樁中的應(yīng)用

張 磊

近年來，高速鐵路大規(guī)模的發(fā)展，使得橋墩基孔開挖工程日益增多。常見的施工方法有沖擊，回轉(zhuǎn)形成的正、反循環(huán)鉆機(jī)機(jī)械成孔，人工爆破開挖等。它們在施工難易程度、工期要求、經(jīng)濟(jì)性、安全及適宜的地層條件方面各有特點(diǎn)。人工挖孔樁基礎(chǔ)由于施工方法簡單、操作簡便、機(jī)械設(shè)備簡單、施工效率高，在工程中運(yùn)用較多，同時為提高基礎(chǔ)的承載力，設(shè)計(jì)時將基礎(chǔ)的持力層設(shè)置在巖石的中～微風(fēng)化巖層，在開始進(jìn)入巖石進(jìn)行施工時，最常采用的施工方法是鉆爆法。

1 工程概況

青白石1號大橋是蘭渝鐵路在蘭州的控制性工程，六線總長293 m，地質(zhì)地形比較復(fù)雜，緊鄰既有線，共需施工143根樁，設(shè)計(jì)樁長8 m～30 m，樁徑1000 mm～1250 mm，地質(zhì)資料顯示樁基主要通過砂質(zhì)黃土，進(jìn)入花崗巖持力層，無基巖裂隙水和地下滲水。

2 橋基礎(chǔ)施工方案的選擇

橋墩樁基礎(chǔ)原設(shè)計(jì)為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，進(jìn)場后由于底層巖石較厚，用鉆孔灌注法成孔會導(dǎo)致鉆頭、孔斜等事故，成孔難度大，而且工期緊張，因此，決定采用施工方法簡單、操作簡便、機(jī)械設(shè)備簡單、施工效率高的人工挖孔成樁技術(shù)。人工挖孔成樁的難點(diǎn)在于樁端入巖時的控制爆破。

3 入巖控制爆破方案的確定

人工挖孔樁入巖爆破施工時，自由面狹小、作業(yè)面較深、巖石的夾制力較大，中風(fēng)化層以上地段成孔時，受黃土層、卵石層的影響，有些地段護(hù)壁抗震能力小。所以孔樁入巖爆破宜采用小直徑淺孔微差爆破。

3.1 爆破參數(shù)的確定

樁基入巖爆破參數(shù)不同于自由面較大的隧道爆破參數(shù)，但可參照礦山豎井掘進(jìn)時的一些爆破參數(shù)。其實(shí)際值應(yīng)根據(jù)所爆破的孔樁直徑、巖石的物理力學(xué)性能、巖石的風(fēng)化程度、巖石的結(jié)構(gòu)組分、內(nèi)聚力、裂隙，特別是巖石的變形性及其動力特性，以及所用炸藥的性能來確定。

1)單位用藥量系數(shù)。孔樁入巖爆破的巖石為中～微風(fēng)化，孔樁直徑為1000 mm～1250 mm，周邊對所爆破巖石的約束力大。根據(jù)蘭州地區(qū)孔樁工程入巖的爆破參數(shù)類比、修正，得出單位用藥量系數(shù)K(見表1)。2)炮眼間距。孔樁入巖采用手持式氣動鑿巖機(jī)鉆眼，炮眼直徑d=32 mm ～42 mm，即 a=(15～20)d，a=500 mm～800 mm。3)炮眼深度與循環(huán)進(jìn)尺。在小直徑孔樁入巖爆破中，巖石的周邊夾制力大，炮眼利用率低。炮眼深度L取孔樁直徑 D 的0.6倍 ～0.8 倍，即 L=(0.6 ～0.8)D，L=600 mm ～1000 mm。其中掏槽眼應(yīng)比周邊眼加深100 mm～200 mm。在蘭州地區(qū)，孔樁控制爆破炮眼利用率η一般可以達(dá)到85%～95%，則循環(huán)進(jìn)尺 L'=ηL=(0.85 ～0.95)L。

表1 蘭州地區(qū)單位用藥量系數(shù)K表

3.2 炮眼布置

在小直徑孔樁爆破中，工作面通常按掏槽眼3個～4個，周邊眼7個～13個進(jìn)行布置。其中掏槽眼按照錐形布置，傾角10°～15°;周邊眼多用垂直眼，距孔樁護(hù)壁100 mm～200 mm均勻布置，以保證孔樁圍巖的穩(wěn)定性及避免超挖。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)情況，掏槽眼布置4個，錐形布置，傾角取為15°，周邊眼布置12個，垂直眼，均布于孔樁周圍，見圖1。

圖1 普通入巖掘進(jìn)炮眼布置圖

3.3 裝藥量計(jì)算

1)每循環(huán)進(jìn)尺所需用藥量Q=KDL。其中，Q為每循環(huán)進(jìn)尺用藥量，g;K為單位用藥量系數(shù)，g/m3，見表1;D為孔樁掘進(jìn)直徑，m;L為炮眼的平均深度，m?，F(xiàn)場的地質(zhì)情況以中～微風(fēng)化的花崗巖為主，因此 K=2000 g/m3～2400 g/m3，D=1000 mm ～1250 mm，L=600 mm ～1000 mm，因此得到Q=1200 g～3000 g，具體每個循環(huán)進(jìn)尺需用量應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況取。2)單孔理論裝藥量q=Q/N。其中，q為單孔理論裝藥量，g;Q為每循環(huán)進(jìn)尺用藥量，g;N為工作面炮眼數(shù)量，個。根據(jù)公式可得，現(xiàn)場單孔理論裝藥量q=100 g～250 g。3)裝藥量的分配。一般情況下，掏槽眼的藥量qt比周邊眼藥量qb多裝20%～25%的炸藥。qt=(1.2～1.25)q，qb=(0.85 －0.95)q。其中，qt為掏槽眼裝藥量，g;qb為周邊眼裝藥量，g。

3.4 爆破器材選型

1)炸藥。人工挖孔樁入巖段爆破施工總是存在巖層裂隙水及成孔護(hù)壁時下滴的滲水，因此選用防水性好的炸藥，另外為了保證成孔護(hù)壁在爆破施工中的穩(wěn)定性，應(yīng)選用爆炸威力適中的炸藥。現(xiàn)場選取巖石乳化炸藥，其抗水性好、藥卷易于分割、威力適中。2)雷管?？讟毒蜻M(jìn)爆破使用電雷管網(wǎng)絡(luò)，禁止使用導(dǎo)火索、火雷管起爆網(wǎng)絡(luò)。電雷管起爆網(wǎng)絡(luò)的接頭一定要有良好的絕緣性，接點(diǎn)應(yīng)離開泥水面。同時，為取得較好的爆破效果，保護(hù)護(hù)壁的穩(wěn)定性，選用微差爆破使用的秒延期雷管，周邊眼滯后掏槽眼起爆0.1 s以上。3)起爆器。孔樁爆破每次起爆的雷管都在20發(fā)左右，因此要求起爆器體積小，便于攜帶，結(jié)構(gòu)組成簡單，因此可選用MFJ-100國產(chǎn)電容起爆器，它的串聯(lián)起爆能力可達(dá)100發(fā)，充電時間7 s～10 s，供電時間3 ms～6 ms，電源1號電池4節(jié)。

4 安全技術(shù)措施

采用炸藥進(jìn)行入巖爆破，具有相當(dāng)大的危險(xiǎn)性，一旦處理不好，就會造成安全事故，因此，在孔樁控制爆破時，必須要采取相關(guān)的技術(shù)措施，以保證爆破工程的安全性，主要技術(shù)措施有:

1)爆破地震控制措施。孔樁入巖爆破對本樁及臨近孔樁的臨時支護(hù)和已澆筑的樁芯混凝土都可能產(chǎn)生影響，孔樁護(hù)壁一般采用早期強(qiáng)度高、成型好的C25鋼筋混凝土護(hù)壁，一般情況下護(hù)壁混凝土澆筑3 d后，可進(jìn)行爆破施工而不至震壞護(hù)壁支護(hù)。同時不應(yīng)在已澆筑樁芯混凝土，但樁芯混凝土未達(dá)到齡期的孔樁的20 m范圍內(nèi)進(jìn)行孔樁爆破作業(yè)，以免震裂沒有達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的樁芯混凝土。2)爆破飛石的控制措施。孔樁爆破工作面均在地表以下5 m以外，在爆破孔樁口用竹笆或木模板覆蓋，并加壓砂袋，以防止爆破飛石飛出地面。3)爆破炮煙的排除措施。炸藥爆破之后產(chǎn)生的炮煙均為有毒有害氣體，必須進(jìn)行機(jī)械性強(qiáng)制通風(fēng)排煙，施工現(xiàn)場可利用鼓風(fēng)機(jī)在井口進(jìn)行壓入式通風(fēng)排煙，或采用空壓機(jī)風(fēng)管在井底通風(fēng)排煙。通風(fēng)排煙的時間以清除工作面炮煙為準(zhǔn)。4)爆破防漏電措施?？讟度霂r爆破在裝藥時，應(yīng)特別注意防漏電，在裝藥前孔樁內(nèi)所有的電器設(shè)備應(yīng)提升至地面。在裝藥時，雷管的腳線應(yīng)短接，連接爆破母線時應(yīng)保證接頭良好的絕緣性，嚴(yán)禁拖地接觸泥水，雷雨天氣應(yīng)停止爆破作業(yè)。5)瞎炮的處理。在孔樁爆破作業(yè)完成、清除孔樁內(nèi)炮煙后，檢查人員應(yīng)下到工作面檢查瞎炮情況，并及時按爆破規(guī)程進(jìn)行處理。另外在清渣時發(fā)現(xiàn)瞎炮，應(yīng)及時報(bào)告項(xiàng)目部安排專業(yè)人員處理，禁止非專業(yè)人員私下處理。

5 施工效果評價(jià)

青白石1號大橋的143根樁在采用入巖控制爆破技術(shù)進(jìn)行人工挖孔成樁的方案后，入巖8 m～30 m，40 d內(nèi)完成了全部樁基施工任務(wù)，比預(yù)計(jì)工期提前了近10 d，期間沒有發(fā)生任何安全事故，護(hù)壁超挖量小、炮眼利用率達(dá)到近100%。其安全性高、進(jìn)度快，取得了良好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。

[1]戴 俊.爆破工程[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2005.

[2]劉興華，徐國棟，劉本立.人工挖孔樁施工方法及質(zhì)量問題的處理措施[J].山西建筑，2008，34(2):137-138.

[3]王海亮.鐵路工程爆破[M].北京:中國鐵道出版社，2001.

[4]劉 暢，鄭宋兵，何 建.孔樁爆破設(shè)計(jì)與施工[J].工程爆破，2005(6):111-114.