淺談膨脹劑在山區(qū)路基高邊坡靜態(tài)爆破施工中的應(yīng)用

杜安矞

摘?要：介紹了在緊鄰居民區(qū)復(fù)雜周邊環(huán)境下路基高邊坡靜態(tài)開挖施工過程中，膨脹劑在整體性良好的灰色凝灰?guī)r使用過程中的一般處理方式及注意事項。

關(guān)鍵詞：緊鄰居民區(qū)，復(fù)雜，高邊坡，靜態(tài)開挖，膨脹劑，處理方式

文章編號：2095-4085（）02-0009-03

1?引言

近年來，我國總體交通運(yùn)輸基礎(chǔ)設(shè)施得到了快速發(fā)展。特別是公路建設(shè)，呈現(xiàn)超常規(guī)發(fā)展態(tài)勢。據(jù)統(tǒng)計分析，截止2000年末，公路通車?yán)锍?40萬km， 比“八五”末期增加24.57萬km，增長21.2%，高速公路從無到有，達(dá)到1.63萬km，比“八五”末期增加1.42萬km，位列世界第二，且已基本形成網(wǎng)絡(luò)。按國內(nèi)投資狀態(tài)分析，公路基本建設(shè)投資超過鐵路投資一倍之多。公路交通得到顯著改善。并且后續(xù)公路的建設(shè)將會更大程度的提上交通建設(shè)者們的日程。但是，快速的公路發(fā)展同樣面臨著多樣化的困難。在我國，國土地域遼闊，土地資源多樣化，山多地少是中國土地構(gòu)成的顯著特點。

據(jù)粗略估算，山地、高原、丘陵的面積約占土地總面積的69%，且山地一般高差大，坡度陡，土層薄。并且我國人口分布廣泛，像南方地區(qū)，很多村鎮(zhèn)都緊挨山腳坐落。例如浙江省溫州市永嘉縣，素有“八山一水一分田”的說法，復(fù)雜的地理環(huán)境本身對于公路的建設(shè)就是一個不小的挑戰(zhàn)，而緊挨山體的居民區(qū)更是增加了挑戰(zhàn)的難度，在如此復(fù)雜的限制條件下，如何能在不影響居民區(qū)正?；顒拥那闆r下進(jìn)行公路旁山體高邊坡的開挖，成為了交通建設(shè)者們新的挑戰(zhàn)。本文通過總結(jié)溫州市永嘉縣上塘至甌北公路工程項目ZK5+900-ZK6+140，YK6+030-YK6+172段高邊坡施工，針對高邊坡靜態(tài)開挖施工過程中所需考慮及注意的事項加以分析和總結(jié)，提出常見注意事項及控制方法，供后續(xù)高邊坡施工進(jìn)行參考。

2?工程概況

上塘至甌北公路工程項目地處溫州市永嘉縣，起點位于上塘環(huán)城北路，經(jīng)李家村、黃田新村、下白巖村、安豐村、終點位于甌北園區(qū)與104國道溫州西過境相接。主線起訖樁號為K0+000-K10+560，建設(shè)里程全長10.56km。設(shè)計采用雙向六車道一級公路技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計行車速度80km/h，路基寬32m。其中ZK5+900-ZK6+140段左側(cè)深挖路塹設(shè)計，長240m，四級邊坡，最大高度39m。YK6+030-YK6+172右側(cè)深挖路塹設(shè)計，長142m，三級邊坡，最大高度24.2m。其中一級采用機(jī)械開挖，靜態(tài)爆破+錨桿+厚材基層播綠化，二級采用機(jī)械開挖+系統(tǒng)錨桿+厚層基材噴播綠化，三級采用機(jī)械開挖+厚層基材噴播綠化，四級采用機(jī)械開挖+厚層基材噴播綠化。原設(shè)計采用光面爆破施工，但現(xiàn)場實際考察發(fā)現(xiàn)高邊坡位置緊鄰黃田街道下白巖村，居民較多且老年人超過總?cè)丝跀?shù)量30%。如采用光面爆破施工，爆破飛石及振動對居民區(qū)有較大影響，因此項目部綜合考慮后決定部分山體采用“機(jī)械破碎+靜態(tài)開挖”方式進(jìn)行施工。

3?路基高邊坡地質(zhì)條件及靜態(tài)爆破方案選擇

ZK5+900-ZK6+140、YK6+030-YK6+172第二級（坡度1 ∶0.75，高度10m）第三級（坡度1 ∶0.75，高度10m）坡經(jīng)探測巖質(zhì)主要為中風(fēng)化及微風(fēng)化晶玻屑凝灰?guī)r：灰色，凝灰質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，節(jié)理裂隙稍發(fā)育，巖芯較完整，多呈柱狀，塊狀，巖質(zhì)堅硬，錘擊聲脆，開挖等級（Ⅴ）級。經(jīng)赤平投影分析，節(jié)理②與節(jié)理③相交形成不利組合，有可能存在局部楔形滑動破壞。需爆破處理段主要集中于此處。經(jīng)現(xiàn)場實際采用日立360破碎錘試驗，探測結(jié)果準(zhǔn)確，不宜采用爆破開挖。因山體呈多角度斜坡形式，可利用工作面平整度較差，不宜采用巖石切割機(jī)（鋸片式）及金剛石串珠繩鋸施工，經(jīng)項目部綜合考慮試驗后，決定采用“膨脹劑+機(jī)械破碎”方式進(jìn)行施工。

4?膨脹劑靜態(tài)爆破施工

靜態(tài)爆破施工前，考慮到地質(zhì)探測結(jié)果顯示節(jié)理②與節(jié)理③相交形成不利組合，有可能存在局部楔形滑動破壞，項目部先安排測量人員在邊坡處設(shè)置沉降及位移觀測點，全天候安排測量人員進(jìn)行觀測對比，建立安全預(yù)警機(jī)制，如發(fā)現(xiàn)異常立即啟動應(yīng)急預(yù)案。之后對預(yù)開挖坡面全風(fēng)化表面土體進(jìn)行挖除，直至裸露出巖體。采用高壓風(fēng)槍對巖體表面散落石塊及浮土進(jìn)行清理，避免豎向打孔時雜物流入孔內(nèi)造成堵眼。本處高邊坡二級坡及三級坡設(shè)計坡比相同，不再分開論述。

4.1?鉆孔布眼

鉆孔前坡面已由挖機(jī)提前修整成有三個臨空面（自由面）的梯形形狀，在膨脹劑爆破施工過程中，臨空面越多，所需要豎向鉆孔面就越少，所產(chǎn)生的破石單位方量就越大，經(jīng)濟(jì)效益隨之也更高。豎向鉆孔布眼時，鉆孔方向應(yīng)盡可能與臨空面平行避免其垂直布置，因為孔徑大小與深度相同，膨脹劑所產(chǎn)生的膨脹力度也幾乎相同，那么在產(chǎn)生膨脹力擴(kuò)散時需盡量保證擴(kuò)散處巖體厚度相同，否則會導(dǎo)致巖體受力時鉆孔巖體較厚處破裂失敗，或是膨脹壓力逐漸向孔口處積蓄造成沖孔情況發(fā)生。

另一方面，孔距與排距是根據(jù)爆破巖體的巖石硬度隨實際情況變化而進(jìn)行調(diào)整的，巖體物理硬度越大完整性越好，孔距與排距就越小，反之則可適當(dāng)進(jìn)行擴(kuò)大調(diào)整，本項目在此處邊坡實際施工過程中，三級坡相鄰孔距35cm～38cm，排距32cm～34cm，二級坡相鄰孔距30cm～33cm，排距30cm～32cm。

鉆孔炮眼孔徑的大小，深度與巖體破碎效果有直接關(guān)系，孔徑過小，單體積膨脹劑裝藥量較小，膨脹力不足，不利于藥劑充分發(fā)揮效力。孔徑較大，膨脹力過大，除水平力外，豎向力也大，孔口處難以堵塞壓緊，容易造成沖孔現(xiàn)象。而在深度方面：孤立的巖石鉆孔深度為目標(biāo)破碎深度的80%～90%，礦山荒料開采深度可打到6m左右，大體積巖石需要分部破碎的，鉆孔深度可根據(jù)施工要求選擇，一般在1m～2m較好，經(jīng)現(xiàn)場實際操作后確定：鉆頭統(tǒng)一采用42mm鉆孔施工，二級坡鉆孔深度1.0m，三級坡鉆孔深度1.2m，裝藥深度為孔深的90%～100%。因膨脹劑遇水化學(xué)反應(yīng)，而鉆孔采用的是水壓排漿形式，鉆孔完成后，鉆孔內(nèi)積水和余渣必須用高壓氣槍吹洗干凈，且保持孔口處四周干凈無土石殘渣，避免裝藥過程中土石渣掉落造成堵孔現(xiàn)象。

4.2?膨脹劑施工原理

靜態(tài)破碎方法即利用巖石鉆孔內(nèi)裝填破碎劑流體的水化反應(yīng)，使晶體變形，產(chǎn)生體積膨脹，經(jīng)過一定時間的物理化學(xué)作用后，在鉆孔周圍形成一定的壓力和環(huán)向拉應(yīng)力。當(dāng)其拉應(yīng)力大于巖石所能承受的最大抗拉應(yīng)力時，即在鉆孔周邊形成徑向裂縫，如一定距離內(nèi)的相鄰周邊鉆孔內(nèi)的破碎劑在此共同作用，則形成貫穿的徑向裂縫。

4.3?裝藥

項目在實際施工前，加水量按照22%～32%逐步遞增進(jìn)行試驗，通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析最終選定25%～27%加水量時，膨脹劑流動性及膨脹效果最為適宜。每次現(xiàn)場實際操作時，應(yīng)提前通過玻璃瓶脹裂試驗進(jìn)行膨脹劑檢測（即將調(diào)配好的膨脹劑裝入玻璃量筒中，在現(xiàn)場同等溫度條件下模擬試驗檢測經(jīng)過反應(yīng)膨脹劑是否能將玻璃量筒脹裂，發(fā)生脹裂則膨脹劑完好，可以用于施工，如未發(fā)生脹裂，則停止施工，檢查膨脹劑是否發(fā)生變質(zhì)，每次做3組平行試驗）。施工時采用由上到下，分層遞進(jìn)破碎的施工方式，膨脹劑拌和采用專用攪拌機(jī)進(jìn)行攪拌，以縮短時間。加水?dāng)嚢璩闪髻|(zhì)狀態(tài)的膨脹劑，迅速倒入鉆孔內(nèi)，邊傾倒邊采用木質(zhì)炮棍進(jìn)行捅實。確保膨脹劑在炮孔內(nèi)處于密實狀態(tài)。底部水平方向的炮孔，采用40mm直徑高強(qiáng)長纖維紙袋裝入藥劑（比42mm炮眼直徑略小，便于安裝，經(jīng)現(xiàn)場試驗，膨脹力有所下降但在巖石開裂后繼續(xù)加水促進(jìn)膨脹劑進(jìn)一步反應(yīng)后同樣可達(dá)到使用效果），按一個操作循環(huán)所需要的膨脹劑數(shù)量，放在盛滿清水的桶中完全浸泡，待45s左右膨脹劑完全不冒氣泡時，手捏膨脹劑不再有硬塊觸感時，立即采用炮棍捅入鉆孔內(nèi)，邊裝填邊搗實，確?？變?nèi)膨脹劑密實。鉆孔口均預(yù)留5cm采用爆破用炮泥緊密填塞，保證炮眼內(nèi)膨脹劑處于密封狀態(tài)。

為縮短裝藥及攪拌時間（現(xiàn)場需嚴(yán)格控制：從藥劑加水到炮泥封堵結(jié)束，全程不得超過5min，并且在裝藥前藥劑不得有升溫及冒氣現(xiàn)象發(fā)生，一旦發(fā)生上述現(xiàn)象，拌和膨脹劑立即作廢嚴(yán)禁使用?，F(xiàn)場專人負(fù)責(zé)檢查控制），現(xiàn)場每2人負(fù)責(zé)4個鉆孔施工，單組單次攪拌藥量僅用于4個鉆孔，各施工小組在取藥，加水，拌和，灌裝過程中保持同步進(jìn)行，確保全部鉆孔內(nèi)膨脹劑的最大膨脹力在同一時間爆發(fā)，可達(dá)到最佳破碎效果。

現(xiàn)場安全員嚴(yán)格控制裝藥結(jié)束后嚴(yán)禁任何人員靠近破碎區(qū)，專人負(fù)責(zé)觀察巖體表面變化情況及炮眼處變化，如巖體表面已開裂并且炮眼處無冒氣現(xiàn)象，則表明膨脹劑膨脹力已過最大點，可安排工人向裂縫中繼續(xù)加水，保持藥劑持續(xù)反應(yīng)，獲得更好的破碎結(jié)果。

藥劑反應(yīng)的快慢與現(xiàn)場施工環(huán)境溫度也有直接關(guān)系，溫度越高，水化反應(yīng)越快。邊坡爆破時間處于夏季，日最高氣溫超35℃，實際操作中，為降低藥劑溫度，采用水溫低于10℃的冷清水進(jìn)行攪拌。現(xiàn)場搭設(shè)遮陽網(wǎng)，保證灌注時漿液溫度不高于15℃。

現(xiàn)場施工需特別注意：膨脹劑遇水反應(yīng)，必須在能保證干燥且通風(fēng)良好處進(jìn)行保存，避免受潮損壞。當(dāng)有超過保存期，受潮，開包后未用完等情況發(fā)生時，使用前加做一組玻璃瓶脹裂試驗。不滿足要求嚴(yán)謹(jǐn)使用。施工過程中裝運(yùn)膨脹劑的容器要求能密封防水，避免觸水反應(yīng)時炸噴情況發(fā)生。

5?結(jié)?語

靜態(tài)爆破，解決了在某些特殊情況及特殊環(huán)境下不允許使用常規(guī)炸藥爆破來拆除構(gòu)筑物及開采巖石、礦石等這些長期困擾我們的難題。通過該項技術(shù)的研究，保證了本項目在緊鄰居民區(qū)復(fù)雜周邊環(huán)境下路基高邊坡施工的安全，確保施工質(zhì)量，加快施工進(jìn)度且大大節(jié)約施工成本，減少了高危區(qū)的爆破施工難度，提高了施工工效。

公路的建設(shè)目的主要是方便快捷的交通，另一個重要的就是居民區(qū)的連接。居民區(qū)段的施工，就需要謹(jǐn)慎處理擾民問題的發(fā)生。膨脹劑靜態(tài)破碎開挖，因其施工過程中產(chǎn)生的噪音極小，在特殊地段的使用將會越來越多，但膨脹劑遇水反應(yīng)的特性同樣存在較大的安全隱患，在施工及運(yùn)輸過程中，必須保持其干燥通風(fēng)的環(huán)境要求，一旦發(fā)生炸噴現(xiàn)象，將會造成非常嚴(yán)重的后果。因此，嚴(yán)格的過程控制及預(yù)防措施就顯得格外重要。

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