370 m高塔基礎(chǔ)靜態(tài)爆破掏挖工藝的應(yīng)用

施鈞良，段福平，吳堯成，蔡杰宇，黃超勝

（浙江省送變電工程公司，杭州310016）

370 m高塔基礎(chǔ)靜態(tài)爆破掏挖工藝的應(yīng)用

施鈞良，段福平，吳堯成，蔡杰宇，黃超勝

（浙江省送變電工程公司，杭州310016）

舟山與大陸聯(lián)網(wǎng)工程螺頭水道大跨越2基370 m高塔均位于海島，基礎(chǔ)坑底四側(cè)采用掏挖嵌固形式，基礎(chǔ)具有基坑深度大、掏挖凈深大、開(kāi)挖方量大等特點(diǎn)。為避免坑底掏挖對(duì)上部坑壁巖體產(chǎn)生破壞造成塌方，確?；映尚唾|(zhì)量及施工過(guò)程中的人身安全，結(jié)合基坑地質(zhì)條件及成形特點(diǎn)，采用靜態(tài)爆破掏挖施工工藝對(duì)這2基370 m高塔基礎(chǔ)坑底進(jìn)行施工。

輸電線(xiàn)路；370 m高塔；基坑掏挖；靜態(tài)爆破；施工工藝

0 引言

舟山與大陸聯(lián)網(wǎng)工程螺頭水道大跨越2基370 m高塔分別位于舟山的大貓山島與寧波的涼帽山島，2基高塔間跨越螺頭國(guó)際航道，由于地處臺(tái)風(fēng)多發(fā)的海島區(qū)域，且高塔達(dá)370 m，再加上2 756 m超長(zhǎng)跨距的導(dǎo)地線(xiàn)風(fēng)荷載等綜合影響，對(duì)高塔基礎(chǔ)的抗拔力提出了非常高的要求。經(jīng)過(guò)嚴(yán)密論證，確定采用斜置式插入鋼管基礎(chǔ)[1-2]，并在坑底四側(cè)采用掏挖嵌固形式[3-5]。

在先期進(jìn)行的大貓山370 m高塔基礎(chǔ)施工中，基坑部分開(kāi)挖采用先導(dǎo)井后擴(kuò)挖、結(jié)合周邊光面爆破的施工方案，坑底掏挖部分采用手風(fēng)鉆鉆孔楔形掏槽、結(jié)合小藥量爆破的施工方案，但實(shí)際掏挖實(shí)施效果不理想，由于坑壁巖石風(fēng)化、層間結(jié)合不良等原因，盡管采用了小藥量爆破，但火工炸藥的爆破振動(dòng)仍對(duì)坑壁穩(wěn)定造成了較大影響，掏挖過(guò)程中發(fā)生了局部坍塌，造成掏挖成型尺寸過(guò)大，凈深未能按設(shè)計(jì)圖紙達(dá)到要求尺寸，也對(duì)施工過(guò)程造成了一定的安全威脅。

針對(duì)此現(xiàn)狀，在后期進(jìn)行的涼帽山370 m高塔基礎(chǔ)施工中，參考橋梁改造等其他工程領(lǐng)域的施工技術(shù)，對(duì)坑底掏挖部分的施工方案進(jìn)行了因地制宜的改進(jìn)，采用靜態(tài)爆破工藝。

1 基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

涼帽山370 m高塔基礎(chǔ)設(shè)計(jì)為61.62 m，基坑開(kāi)挖深度最大為12.5 m，立柱斷面為6 m×6m，基坑底部掏挖斷面為18 m×18 m，掏挖凈深1.5 m，單腿掏挖方量為233.3 m3?；A(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 高塔基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)示意

2 施工難點(diǎn)

370 m高塔基礎(chǔ)坑底掏挖嵌固部分與常規(guī)線(xiàn)路所采用的巖石嵌固基礎(chǔ)相比，具有以下特點(diǎn)：

（1）部分塔腿基坑巖體風(fēng)化。370 m高塔地處海上孤島，海島巖體為花崗巖?；骈_(kāi)挖中，島中心區(qū)域高程較高處的巖石沒(méi)有發(fā)現(xiàn)風(fēng)化現(xiàn)象，巖體堅(jiān)固，但位于高程較低處的4個(gè)塔腿基坑，其坑壁花崗巖已經(jīng)中等風(fēng)化，呈致密塊狀，部分微張有泥質(zhì)充填，層間結(jié)合不良存在錯(cuò)動(dòng)，因此巖石的抗拉強(qiáng)度相對(duì)較低，經(jīng)試驗(yàn)約為3 MPa。

（2）掏挖形狀異于常規(guī)。常規(guī)的掏挖一般以錐形的樣式成型，但是370 m高塔基礎(chǔ)的掏挖形狀為梯形樣式成型，故對(duì)掏挖尺寸控制的把握難度較大。

（3）基坑深度大、掏挖凈深大、掏挖方量大，對(duì)施工安全措施以及掏挖進(jìn)度的控制提出了較高要求。

基于以上特點(diǎn)，如用常規(guī)的爆破方式施工[6]，勢(shì)必會(huì)對(duì)掏挖上部的坑壁巖體造成破壞，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)l(fā)生塌方，并且橫向爆破效果不明顯，尺寸不易把握，影響后續(xù)施工安全及成型質(zhì)量。如棄用常規(guī)爆破，改用人工機(jī)械方式，效果并不明顯，且施工進(jìn)度將嚴(yán)重滯后。經(jīng)過(guò)研究和探討，借鑒橋梁改造等其他工程領(lǐng)域的施工技術(shù)，對(duì)涼帽山370 m高塔基坑底部的掏挖部分采用了靜態(tài)爆破工藝[7]。

3 靜態(tài)爆破工藝

3.1 靜態(tài)爆破原理

靜態(tài)爆破劑（SCA）屬于非燃、非爆、無(wú)毒物品，是一種含鋁、鎂、鈣、鐵、氧、硅、磷、鈦等元素的無(wú)機(jī)鹽粉末狀破碎劑，用適量水調(diào)成流動(dòng)漿體、直接裝入炮孔中，經(jīng)水化后，產(chǎn)生巨大膨脹壓力（可達(dá)30～50 MPa）。壓力施加給孔壁，將混凝土構(gòu)筑物或巖石悄悄地破碎[6]。該工藝具有配置簡(jiǎn)單、安全、無(wú)震動(dòng)、無(wú)飛石、無(wú)粉塵、無(wú)噪音等特點(diǎn)。

3.2 掏挖層上部巖體支護(hù)

對(duì)掏挖上部的基坑坑壁采用了植錨掛網(wǎng)噴漿支護(hù)措施[8]，以增加坑壁巖體的自持力，有效防止坑壁巖體碎石滾落造成人身傷害。錨桿采用Φ25 mm螺紋鋼筋，長(zhǎng)4.5 m，錨入坑壁巖體4 m。從基坑面以下0.5 m開(kāi)始設(shè)第一道錨桿，水平間距1.2 m，錨桿外露出巖面0.5 m。沿錨桿外露部分在坑壁上布設(shè)Φ6.5 mm的200 mm×200 mm鋼筋網(wǎng)，最后噴射厚度10 cm的混凝土。坑壁植錨掛網(wǎng)噴漿支護(hù)如圖2所示。

圖2 坑壁植錨掛漿示意

3.3 施工前準(zhǔn)備

施工前準(zhǔn)備好相應(yīng)材料物品：藥劑，潔凈拌和水，水桶、拌和盆和水瓢，捅棍（傾斜灌裝），防護(hù)眼鏡，橡膠手套，備用潔凈水和毛巾。

選用手持式風(fēng)鉆機(jī)，配Ф42 mm的鉆頭，鉆孔內(nèi)余水和余渣用高壓風(fēng)吹洗干凈，孔口旁保持干凈、無(wú)土石渣。

3.4 布眼及孔距、排距設(shè)置

基坑掏挖部分只有一面自由面，需要將掏挖部分切出凌空層（如圖3所示），首先用風(fēng)鉆上下打入鉆孔。孔距與排距的大小根據(jù)巖石的硬度確定，硬度越大、強(qiáng)度越高，孔距與排距越小，反之越大，參見(jiàn)表1[9-10]。

表1 鉆孔孔距與排距經(jīng)驗(yàn)值

圖3 掏挖凌空層開(kāi)挖示意

花崗巖的硬度F=8，根據(jù)表1可采用30 cm× 40 cm孔距，但根據(jù)實(shí)際施工情況，為盡量減小對(duì)掏挖凌空層上部坑壁巖體的影響，避免出現(xiàn)縱向裂紋，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了不同孔距試驗(yàn)比對(duì)。試驗(yàn)設(shè)計(jì)了30 cm×40 cm，20 cm×30 cm，10 cm×20 cm 3組孔距進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果顯示10 cm×20 cm孔距效果最為明顯，但鉆孔工作量比30 cm×40 cm孔距增加了2倍，結(jié)合經(jīng)濟(jì)效益考慮，最終選取孔距為10 cm×30 cm。

首先在圖3中①部分，根據(jù)掏挖層的傾斜度向下傾斜鉆孔，斜孔孔深在0.5 cm，孔徑為42 mm。待SCA灌注之后巖體出現(xiàn)裂縫，等裂縫擴(kuò)展以后，把圖3中①部分采用鎬頭機(jī)或風(fēng)鎬取出并清理干凈，預(yù)留出一個(gè)三角柱凌空層。剩余掏挖部分（如圖4所示）首先進(jìn)行水平鉆孔并灌SCA，然后從上至下分層分塊開(kāi)挖，每層間距為0.3 m，每層分3塊進(jìn)行破碎，每塊層高0.3 m，寬0.5 m，孔徑為42 mm，孔距為10 cm，孔深0.5 m。待剩余掏挖部分掏挖至便于人工垂直鉆孔時(shí)，改為垂直鉆孔，由外到內(nèi)進(jìn)行靜態(tài)破碎掏挖。

3.5 裝藥

圖4 凌空層下部開(kāi)挖示意

（1）向下及向下傾斜的眼孔：在藥劑中加入22%～32%(重量比)的水（具體加水量由顆粒大小決定）拌成流質(zhì)狀態(tài)（糊狀）后，迅速倒入孔內(nèi)并確保藥劑在孔內(nèi)處于密實(shí)狀態(tài)。粗顆粒藥劑水灰比調(diào)節(jié)到0.22～0.25、細(xì)粉末藥劑水灰比調(diào)節(jié)到0.32，采用“由外到內(nèi)，分層破碎”的施工方式，方便工人操作。

（2）水平方向的鉆孔：用比鉆孔直徑略小的高強(qiáng)長(zhǎng)纖維紙袋裝入藥劑，按一個(gè)操作循環(huán)所需要的藥卷數(shù)量，放在盆中，倒入潔凈水完全浸泡約30～50 s，待藥卷充分濕潤(rùn)、完全不冒氣泡時(shí)，取出藥卷從孔底開(kāi)始逐條裝入并捅緊，密實(shí)地裝填到孔口，孔口留5 cm用黃泥封堵，即“集中浸泡、充分浸透、逐條裝入、分別搗實(shí)”。

（3）采取分3小組同時(shí)灌裝，各小組采用“同步操作，少拌勤裝”的方式[8-9]，讓每個(gè)鉆孔內(nèi)的最大膨脹壓能夠基本保持同期出現(xiàn)，有利于巖石的破碎。

（4）巖石出現(xiàn)開(kāi)裂后，可向裂縫中加水，支持藥劑持續(xù)反應(yīng)。

（5）每次裝填藥劑，都要觀(guān)察確定巖石、藥劑、拌和水的溫度是否符合要求。灌裝過(guò)程中，已經(jīng)開(kāi)始發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的藥劑（表現(xiàn)開(kāi)始冒氣和溫度快速上升）不得續(xù)裝。

（6）裝藥后，經(jīng)過(guò)藥效反應(yīng)時(shí)間，裂縫會(huì)沿設(shè)計(jì)好的間隔形成網(wǎng)格，裂縫最寬處可達(dá)0.5～2 mm以上，使得剛性整體巖石變成小塊，然后可利用鎬頭機(jī)或風(fēng)鎬進(jìn)行掏挖，以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。

3.6 安全措施和注意事項(xiàng)

（1）靜態(tài)爆破劑運(yùn)輸和存放中做好防潮隔離措施，開(kāi)封后立即使用，如一次未使用完，立即緊扎袋口，需用時(shí)再開(kāi)封。嚴(yán)禁將靜態(tài)破碎劑加水后裝入小孔容器內(nèi)（如直口玻璃杯、啤酒瓶等）。

（2）為防止傷人事故，使用靜態(tài)爆破劑時(shí)，操作人員佩戴符合國(guó)家安全標(biāo)準(zhǔn)生產(chǎn)的防沖擊防塵PVC護(hù)目鏡進(jìn)行操作。

（3）在靜態(tài)爆破劑灌入鉆孔到巖石開(kāi)裂前，不得將面部直接近距離面對(duì)已裝藥的鉆孔。藥劑灌裝完成后，蓋上麻袋或棕墊，遠(yuǎn)離裝灌點(diǎn)。觀(guān)察裂隙發(fā)展情況時(shí)應(yīng)更加小心。

（4）施工現(xiàn)場(chǎng)備好清水和毛巾，如靜態(tài)爆破劑濺入眼內(nèi)和皮膚上，要立即用清水沖洗。

（5）剛鉆完孔和剛沖孔的鉆孔，孔壁溫度較高，應(yīng)確定溫度正常符合要求并清洗干凈后才能繼續(xù)裝藥。

4 結(jié)論

涼帽山370 m高塔基礎(chǔ)采用了靜態(tài)爆破工藝，順利完成了坑底掏挖部分的開(kāi)挖，施工過(guò)程安全，基坑成型尺寸符合設(shè)計(jì)要求。靜態(tài)爆破有效地克服了370 m高塔基礎(chǔ)掏挖中的施工難點(diǎn)，具有無(wú)振動(dòng)、無(wú)噪音，安全，精確控制掏挖部位尺寸等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)避免了對(duì)掏挖層上部巖體的破壞，保證了工程進(jìn)度，具有較高的實(shí)用操作性，可為類(lèi)似的巖體掏挖施工提供借鑒。

[1]朱天浩，徐建國(guó)，葉尹，等.輸電線(xiàn)路特大跨越設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)[J].電力建設(shè)，2010，31（4）∶25-31.

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Application of Static Blasting Technology for Excavation of the Foundations of the 370-meter Tower

SHI Jun liang，DUAN Fu ping，WU Yao cheng，CAI Jie yu，HUANG Chao sheng
（Zhejiang Electric Transmission&Transformation Engineering Corp.，Hangzhou 310016，China）

The two 370-meter tower foundations of Luotou watercourse large crossing of Zhoushan-Mainland transmission project are located in sea islands.The four sides of foundation pits are excavated and embedded, and the foundations are characterized by deep foundation pit,large depth of excavation and large earthwork.In order to prevent landslide due to damage on rock of upper pit wall by excavation at the pit bottom and ensure forming quality of foundation pit and body safety during construction，the static blasting technology for excavation is adopted in construction of foundation pit bottom of two 370-meter towers by combining geological condition and forming character of foundation pit.

transmission line；370-meter high tower；foundation pit excavation；static blasting；construction technology

TM752+.2

：B

：1007-1881（2013）10-0077-04

2013-07-22

施鈞良（1979-），男，浙江蕭山人，工程師，從事輸電線(xiàn)路施工技術(shù)管理。

（本文編輯：徐晗）

項(xiàng)目：國(guó)家工程項(xiàng)目（浙發(fā)改能源[2007]564號(hào)）