某市政道路工程路基邊坡石方開挖技術(shù)研究

支文超

（重慶市爆破工程建設(shè)有限責任公司，重慶 400020）

0 引言

光面爆破和靜態(tài)爆破在土石方工程中應用較廣泛，但因各種原因，實施起來在施工效果和效率上，均不能達到施工目的。工程中由于施工條件的限制，將光面爆破和靜態(tài)爆破相結(jié)合，取長補短，最終形成整齊、美觀的邊坡，而且由于爆破對邊坡內(nèi)部的巖體擾動減弱，保證了邊坡的穩(wěn)定性，很好地實現(xiàn)了預期目標。

1 工程概況

某市政道路工程需將原道路拓寬并修整永久邊坡，實現(xiàn)邊坡穩(wěn)定。該標段現(xiàn)有邊坡高差50～70m，單側(cè)拓寬20～30m（以邊坡進深計），設(shè)計的巖石邊坡坡度為1：0.75 和1：0.5，多級永久邊坡，邊坡石方爆破工程總量約24.5 萬m3，其中爆破量18.5 m3，靜態(tài)破碎石方量約6 萬m3。主要施工段屬于市政道路，開挖區(qū)環(huán)境較差、居民多，交通流量較大，日交通量約3～5 萬輛，如圖1。

圖1 靜態(tài)爆破區(qū)域斷面形狀及尺寸示意圖

2 地質(zhì)情況

場地為既有道路開挖形成的路塹高陡邊坡，邊坡平均坡面角約65°，最大高差約70m，邊坡坡內(nèi)巖體以堅硬花崗巖為主，呈弱風化。該地段巖石的普氏硬度系數(shù)8～12，若用機械開挖，難度很大且工期無法保障，采用爆破與靜爆方式開挖，則可以很好地滿足工程要求。施工后形成臺階狀永久邊坡，臺階高8～12m。

3 施工方案

3.1 施工方法

根據(jù)工程要求，綜合考慮爆區(qū)地形、環(huán)境條件、設(shè)備和技術(shù)條件，以及施工對道路的影響等因素，提出以下方案作比較和參考：

方案1：采用深孔和淺眼臺階爆破方法，永久邊坡位置采用光面或光面爆破法，孤石及部分超規(guī)格大塊石用液壓炮機進行機械法破小；

方案2：采用靜態(tài)破碎法施工，以大孔徑靜爆為主，局部修整采用小孔徑靜爆；

方案3：永久邊坡位置采用光面爆破法，在設(shè)計的永久坡面上形成光面，主體巖石采用靜態(tài)爆破。

三個方案比較見表1。

表1 施工方案可行性分析表

根據(jù)表1 分析，該路段不能采用常規(guī)的爆破施工方法，因為爆破飛石和滾石將會嚴重影響觀光路的交通安全，爆碴和滾石甚至會中斷交通，造成不良社會影響。方案2 雖安全性較高，但經(jīng)濟性非常差，且不能形成穩(wěn)定光滑邊坡。方案3 兼具安全性與經(jīng)濟性，主巖分層靜爆，將對周邊的影響降到最低；設(shè)計坡面上用光面爆破，實現(xiàn)平整邊坡，明顯提高施工效果和加快工程工期。

3.2 施工機械（炮孔直徑）與臺階高度

大孔徑施工采用阿特拉斯365 型空壓機及配套鉆機鉆孔，φ76mm；小孔徑施工采用手持風鉆（7655 型），孔徑φ42mm。

4 邊坡光面爆破

光面爆破就是先爆除主體開挖部位的巖體，然后起爆布置在設(shè)計輪廓線上的周邊孔藥包，將光爆層炸除，形成一個平整的開挖面。

4.1 光面爆破指標[1]

1）半孔率按表2 進行評估并作為要求。

表2 半孔率評估表

2）爆破后，邊坡坡面應平順，坡面平整度（凹凸差）小于±40 cm，無明顯裂縫與浮石。

4.2 光面爆破參數(shù)[1]

孔徑：Φ=76 mm。

孔距：1.0～1.5 m。

光爆層厚度：W光=1.5～2.0 m。

炮孔傾角：沿設(shè)計邊坡面布孔，各孔傾角保持一致。

炮孔深度：按臺階高度一次鉆爆到位，平均8 m。

炮孔超深：0.5～1.0 m。

線裝藥密度：0.4～0.6 kg/m。

孔口回填長度：1.5 m。

4.3 施工工藝

1）在永久邊坡面上按坡面角、孔間距布置光面孔，由測量人員按設(shè)計參數(shù)現(xiàn)場標定，炮孔呈直線排列。

表3 光面孔要求[2]

2）裝炮

光面爆破裝藥將一根導爆索綁扎在竹片上，所有炸藥卷綁扎在導爆索上，孔底藥量加強，先用一筒Φ60mm 乳化炸藥，炮孔中部按設(shè)計線裝藥密度均勻布設(shè)Φ32mm 乳化炸藥藥卷，將綁好的導爆索（竹片）輕輕送入孔內(nèi)。炮孔裝藥后，孔口段約1.5m長空孔段用粘土或粘土拌鉆屑充填。

3）起爆

光面孔盡可能同時起爆，基本方法是采用導爆索串聯(lián)起爆。

5 靜態(tài)爆破

靜態(tài)破碎劑的主要成分是CaO，主要原理為 CaO 與水發(fā)生化學反應，生成 Ca（OH）2，同時體積快速膨脹，并放出大量熱。靜態(tài)爆破主要利用膨脹劑膨脹產(chǎn)生的內(nèi)應力使其周邊介質(zhì)受力產(chǎn)生破碎。工程中靜態(tài)破碎區(qū)的作用不僅是在靜態(tài)破碎施工中不會產(chǎn)生飛石，更重要的是作為爆破施工時的覆蓋保護層，能有效防止小臺階爆破之飛石與松動滾石對現(xiàn)有公路行車安全造成影響。

5.1 靜態(tài)爆破的施工方案設(shè)計

施工順序應先上后下，先外后內(nèi)。臺階高度選取3m。上部臺階挖近6m 后，再進行下個臺階布孔。施工時應確保最終邊坡角不小于70°，以防止滑坡等災害事故的發(fā)生。

5.2 布孔形式

為提高破碎效果，提高裝車能力，滿足進度需要，根據(jù)自由面變化，越靠后排，布孔越密。

5.3 孔徑

鉆孔直徑選擇為Φ76mm 和Φ42mm 兩種。

5.4 孔深

孔深大小取決于破碎面的高度和巖石性質(zhì)?？筛鶕?jù)實際情況，參考下式選擇：

注：式（1）中，H 為設(shè)計破碎高度。

對于巖體節(jié)理面不清楚時，由于膨脹劑對孔底部分破壞困難，孔深要比設(shè)計破碎深度大5%。相反，對于臨空面較多時，L可為H 的80%左右。

表4 孔深參數(shù)表

5.5 孔距

孔距的設(shè)置因巖石性質(zhì)和裂隙發(fā)育狀態(tài)而定，雖然孔距越小，破碎效果越好，但不能無限制縮短孔距，否則會增加施工難度且降低經(jīng)濟效益：

式中：P 為破碎劑膨脹壓力（MPa）；R1為巖體的抗拉強度為（MPa）；β 為膨脹系數(shù)；d 為孔徑。

計算出d=76 mm 和d=42 mm 兩種孔徑對應的孔距分別為30 cm 和80 cm。

5.6 排距和最小抵抗線

排距b 一般小于孔距a，可采取b=（0.6～0.9）×a；該設(shè)計取排距和最小抵抗線分別為25 cm 和60 cm。

5.7 藥量設(shè)計

靜態(tài)爆破裝藥基本填滿空孔，以市場常見的Ⅱ型膨脹劑為例，單位炮孔長度裝藥量如表5 所列。

表5 單位炮孔長度裝藥量

5.8 膨脹劑的檢查、加工與使用

5.8.1 主要特性[4]

1）膨脹力大：最大可達到120 MPa（1200 kg/ cm2）。

2）反應時間短：最大膨脹力可在8 h 內(nèi)出現(xiàn)。

3）施工簡單，易操作：膨脹劑用潔凈水攪拌后灌入鉆孔中捅緊即可。

4）安全，易管理：無聲破碎劑屬建材類產(chǎn)品，產(chǎn)品標準歸類于《水泥制品》中，代號為：JC506—92，為非易燃易爆危險品，購買、運輸、保管、使用安全可靠。

5）靜態(tài)破碎，是使用非爆炸性的無公害破碎劑進行破碎，破碎過程是低壓和慢加載的，施工中不會產(chǎn)生振動和飛石。

5.8.2 膨脹劑質(zhì)量檢查

膨脹劑是塑料袋包裝的，存放期長。使用前可用以下方式鑒別：取200 g 膨脹劑與60 mL 水拌成漿體，灌入100mL 玻璃瓶中，在相應溫度下，經(jīng)8～24 h 玻璃瓶破裂，則此膨脹劑沒有失效，可繼續(xù)使用。

5.8.3 拌漿

膨脹劑加水量一般為自身重量的30%，混合后漿體以暢流入孔為準，不宜多加，否則會降低破碎效果。攪拌時，先把水倒人桶中，再倒膨脹劑；人工攪拌時，要戴橡膠手套，攪拌時間一般為60～90 s。膨脹劑如果結(jié)塊久置，會降低性能，所以殘留在桶底的膨脹劑結(jié)塊，要及時清理掉。攪拌好的膨脹劑漿體，要在10 min 以內(nèi)用完，久置會使灌孔困難，效率降低。

5.8.4 灌漿

1）對于垂直孔，可直接傾倒進去，孔口留下2 cm 左右空隙，用廢紙或廢布將口堵實，有利于提早破碎時間。

2）對于斜孔，為防止倒流的現(xiàn)象，可用水灰比為0.25～0.28的水與膨脹劑拌成漿體，用手搓成條，塞入孔中，再用木棒搗壓密實，最后用塞子堵口。

3）多排孔，一般采用梅花形孔。在鄰近自由面的孔，容易開裂，中間的孔因受四周限制，開裂困難，因此，在灌膨脹劑漿體時，要有一定的時間差，即先灌邊一、二排孔，經(jīng)1～3h，再灌三、四排孔，以此類推。

4）灌漿時，為安全起見要戴防護眼鏡及口罩，避免漿體沖出傷及眼睛和其它部位。因膨脹劑具有輕度腐蝕性，所以碰到皮膚時要立即用清水沖洗。

5.8.5 藥劑反應時間控制[5]

藥劑反映的快慢與溫度有直接關(guān)系，溫度越高，反映時間越快，反之則越慢。實際操作中控制藥劑反映時間有兩種，一種是在拌和水中加入抑制劑，另一種方法是控制拌和水、干粉劑和巖石的溫度。夏季氣溫較高，破碎前應對被破碎物進行遮擋，藥劑存放低溫處避免爆曬，并將拌和水溫控制在15 ℃以下。

藥劑（卷）反應時間過快易發(fā)生沖孔傷人事故，可用延緩反應時間的抑制劑。抑制劑放入浸泡藥劑（卷）的拌和水中。加入量為拌和水的5%～6%。冬季加入促發(fā)劑和提高拌和水溫度。拌和水溫度不可超過50 ℃。反應時間一般控制在30～60 min較好，條件較好的施工現(xiàn)場可根據(jù)實際情況縮短反應時間，以利于施工。

5.9 清理巖石

待膨脹劑完全膨脹后，由人工使用鋼釬清理破碎的巖石。清理的順序自上而下，破碎出來的巖石滾落到坡腳，用人工搬運到車上拉到指定的地點棄掉。在清理過程中應注意安全，防止巖石墜落砸傷工人。

6 施工效果

在保證工程進度的前提下，施工期間未發(fā)生飛石、滾石等影響，也未發(fā)生任何安全事故及爆損糾紛事件，施工完成后，邊坡總體質(zhì)量符合要求，坡面半孔率達到70%以上，坡面平整度（超欠挖）不超過±40 cm，邊坡沒有出現(xiàn)危及安全的爆破裂縫和浮石（圖2），取得了很好的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展，在既有線或城區(qū)內(nèi)施工越來越頻繁，在保證工期、安全和質(zhì)量的前提下，又取得了較好的經(jīng)濟效益。根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)和施工環(huán)境，將兩種常見的施工方式相結(jié)合，為類似施工提供了一種新的參考。

圖2 坡面爆破效果圖