孔外爆破处理深孔桩基硬岩斜向孤石施工技术

杨裕尧

(京福闽赣铁路客运专线有限公司,福州 350013)

1 工程概况

京福铁路客专(闽赣段)螺丝排特大桥,中心里程DK505+336.080,全长896.5.5 m。桩基础采用嵌岩、群桩基础,设计嵌入弱风化碎裂花岗岩W2不小于1.5 m。下伏基岩为碎裂花岗岩,基岩强度400～1 500 kPa。设计孔径为1.25 m,应钻孔深位于10～30 m,基桩总数256根。

采用冲击钻机施工,部分桩基础在钻进过程中,遇见斜向孤石。开始时,采用抛填片石或者回填高强度混凝土的纠偏措施进行纠偏处理,但效果甚微；采用地质钻机在原孔位外侧钻孔,而后进行深孔弱爆破的施工技术,成功对斜向孤石进行了松动爆破。

2 工艺原理

首先确定孤石倾向。然后,采用地质钻机在原孔位外侧实施钻孔,钻孔的孔位与桩基础边缘距离可取30～50 cm。当钻机钻进垂直通过斜向孤石时,撤离钻机,安放φ100 mm的PVC塑料管。然后取一定长度的φ60 mm PVC塑料管,装满乳化炸药,吊放到孤石部位,爆破员使用毫秒雷管引爆炸药。最后抛填片石重新进行纠偏处理,桥桩成孔质量满足设计及《客运专线桥梁工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号)技术要求。

2.1 孤石倾斜方向判定方法

在冲击钻钻孔遇到斜向孤石时,钻机钢丝绳会发生向孔位的一侧倾斜,依据钢丝绳倾斜的方向可以判断下伏斜向孤石岩面倾斜的方向。

2.2 地质钻机钻孔孔位放样资料计算方法

(1)方位确定

按此工法要求,实施深孔松动弱爆破,需要在斜向孤石岩面倾斜向上的一侧进行钻孔,因此,钻孔孔位应该选在原设计孔位中心到孤石基岩倾向上方的一点连线的外侧。

(2)爆破孔位距离确定

一般偏岩孤石在孔底所处的位置距离孔口不大于30 m,拟实施爆破的孔位距离桩基础孔位边缘可取30～40 cm。

在图1中,由于偏岩孤石在孔底所处的位置距离孔口29 m,放样孔位应该为原设计孔位中心到孤石基岩倾向上方的一点连线的外侧30 cm处。

图1 斜向孤石计算图示(单位：m)

2.3 爆破设计

(1)爆破单耗的确定[1～2]

考虑到孤石位于地面以下很深部位,药量太小可能起不到松动作用；药量太大,容易使围岩过度破碎,也会对相邻桩基础造成破坏。参照相关文献,此弱风化碎裂花岗岩爆破单位炸药消耗量选用5.1 kg/m3。

(2)装药结构

基岩为碎裂花岗岩的孔内采用连续装药方法[3],将炸药筒顶端吊放至与孤石顶面平齐处,非装药段全部用黄泥充填密实。

(3)装药方法

先将炸药装入φ60 mm、长度经过计算的PVC塑料管,制成炸药筒。按照单孔炸药消耗量选用5.1 kg/m3的用量,则每90 cm长炸药筒需装入炸药1.4 kg,装药时只要把炸药筒顺φ100 mm PVC套管下放即可。

(4)起爆方法

一次使用1个毫秒雷管,采用1次起爆方法。

2.4 φ60 mm PVC塑料管长度计算

由于单管乳化炸药的长度为32 cm,直径为30 mm,依据多次试验结果,选定φ60 mm PVC塑料管比较适宜,所以PVC塑料管的长度应该为32 cm的整数倍。

以图1为例,计算φ60 mmPVC塑料管的长度L0≈(-15.578-(-18.647))=3.01 m。

由于9节单管乳化炸药串联长度为288 cm,所以建议要对计算所得φ60 mm PVC塑料管的长度L0进行调整,调整后的长度为L1=288 cm。

3 施工工艺流程及操作要点

3.1 施工工艺流程

施工工艺流程为：施工准备→地质钻机钻孔→安装PVC塑料管→安放炸药并起爆→抛填片石纠偏→钻进→成孔。

3.2 操作要点

3.2.1 施工准备

(1)了解地质勘察资料,了解桩基础施工时所遇到的斜向孤石所处的深度、岩石强度及岩面倾斜方向。

(2)在斜向孤石岩面倾斜向上的一侧,平整场地。

(3)在距离孤石岩面倾斜向上的一侧进行测量放样,确定孔口高程。钻孔的孔位与桩基础边缘距离可视斜向孤石的深度来确定,以图1为例,孔位可选在距离桩基础边缘外30～40 cm处。

(4)准备φ100 mm的PVC塑料管,塑料管长度视孔深而定。φ60 mm PVC塑料管,长度视斜向孤石的厚度而定,考虑安放炸药的塑料管在孔底可以悬空一段距离及顶部必须与斜向孤石顶部平齐；细绳,长度需考虑始孔深但要富余,细绳主要是用来吊放安放炸药的PVC塑料管。以图1为例,φ100 mm的PVC塑料管的长度须大于31 m；φ60 mm的PVC塑料管长度等于2.88 m为宜,细绳长度选择40 m为宜。

(5)安放地质钻机,准备钻孔。

(6)到公安部门办理爆破手续,然后准备毫秒雷管、导爆管、乳化炸药,联系持有操作证的爆破员。

3.2.2 地质钻机钻孔

(1)钻进时需控制钻进速度,钻进速度不能过快,否则孔位垂直度难以保证质量。

(2)控制垂直度不应大于1%。

(3)成孔直径一般以110 mm为宜。

(4)为保证爆破效果,视斜向孤石的强度和面积大小确定钻孔数量。一般可钻1个孔或3个孔,钻孔平面位置间距可视孔深确定,以图1为例,可选间距300 mm为宜。

(5)钻进的孔底一般以刚好打穿孤石为宜。

(6)钻孔过程中,需确定斜向孤石所处的深度区段。

(7)钻孔完成后,撤离钻机。

3.2.3 安放φ100 mm PVC塑料管

(1)为防止地质钻机已钻孔坍塌,在地质钻机成孔后,需安放φ100 mm PVC塑料管做护壁。

(2)为安装方便,分段长度以2 m为宜,分节间要安装连接牢靠,以防止PVC塑料管在吊放的过程中出现节段分离。

(3)一直把PVC塑料管安装吊放到孔底。

3.2.4 安放炸药并起爆

(1)炸药在吊放前,需由持有爆破员证的爆破员,将炸药连同起爆电雷管、导爆管一同安放到φ60 mm PVC塑料管内。同时,将导爆管用胶带固定在吊放的细绳上,导爆管的松弛度要适中,以防止在吊放炸药的过程中,由于绳子的弹性增长拉断导爆管。

(2)在φ60 mm PVC塑料管安放炸药的有效长度可视斜向孤石的厚度而定,一般不宜超过斜向孤石的厚度,以图1为例,φ60 mm PVC塑料管长度等于2.46 m为宜。安放时,安放炸药的塑料管顶部与斜向孤石顶部平齐。

(3)已安放完成的PVC塑料管两端用黄泥封堵密实。

(4)吊放炸药时,需先确定吊放孔位和垂放深度。当钻孔为3个孔时,吊放到中间孔位。垂放深度需距孔底悬空一段深度。炸药的悬空深度需视已经探明的斜向孤石的厚度而定,参数需要在施工的过程中进行调整。

(5)垂放炸药时,在PVC塑料管穿放1根φ20 mm,长2 m钢筋,以增加下沉速度。

(6)吊放炸药工作完成后,由爆破员引爆毫秒雷管。

3.2.5 投放片石继续纠偏

(1)片石强度不应低于被处理的斜向孤石强度。

(2)纠偏时钻进速度不能过快,落锤要稳,选择有经验的钻机操作手进行操作。

(3)一次投放片石量高于偏压孤石顶面1 m为宜。

(4)如果发现钻进工程中,钢丝绳偏斜距离超限,重新投放片石。

(5)片石粒径要适中,不宜过小,也不宜太大,一般在20～40 cm为宜。

3.2.6 钻进

(1)钻孔时,钻速不得过快或者骤然变速；孔内弃土不得堆积在钻孔周围。

(2)冲孔时,非作业人员不得进入冲击区域范围内。

(3)钻进时,泥浆比重要满足施工需要。

(4)在高压线或者营业线附近施工,应有防触电和防设备倾覆措施。

(5)停钻时,钻头应提出孔外并放置在安全位置。

3.2.7 成孔

(1)提升钻头到接近护筒底缘时,应减速平稳提升。

(2)孔深符合设计要求后,必须用检孔器检测孔径、孔形及垂直度。

(3)用吊车吊放检孔器时,吊放速度要平缓,并设专人指挥。

(4)检孔器检测合格后,方可进入下道工序。

4 应用效果分析

(1)经济效益分析

与孔内钻孔后实施水下爆破工法相比,用地质钻机在原孔位外侧钻孔,对斜向孤石实施爆破,具有处理效果显著,处理时间短等优点。以螺丝排特大桥为例,节约纠偏处理费用20万元,缩短工期3个月,取得了很好的经济效益。

(2)社会效益分析

成桩时间大大缩短,成桩质量能够满足《客运专线桥梁工程施工质量验收暂行标准》(铁建设[2005]160号)要求,施工安全、质量得到可靠的保证，解决了孔外爆破处理深孔桩基硬岩斜向孤石问题,对目前铁路客运专线的桥梁施工有广阔的应用前景,具有很好的社会效益。

(3)环保效益分析

采用此工法,可以缩短深孔桩基的纠偏时间,可以减少冲孔时所需要的回填片石或者回填高强度混凝土的工作量,从而减少了冲击成孔所需的用水量,减少了冲孔时浮渣所需泥浆及冲孔所产生岩渣的外运量,从环水保角度来讲,也取得了很好的效益。

5 结论

与孔内爆破纠偏方法相比,用地质钻机孔外钻孔再对斜向孤石实施爆破,具有处理成本低,处理效果显著等优点；可以缩短成桩时间,施工安全、质量得到可靠的保证；减少了冲孔时浮渣所需泥浆及冲孔所产生岩渣的外运量。在整个施工过程中,始终以“精心组织、精心施工、严格监控、及时调整”为原则,严格按照施工工艺进行施工,并时刻把安全生产放在首位,对周围环保进行严格控制,使施工进展顺利,结果达到了预期的目的。

[1] 王鹤呜,崔年生，等.碎孤石的实践[J].工程爆破，2002，8(3)：53-55.

Wang Heming, Cui Niansheng. The practice of broken boulders[J]. Engineering Blasting， 2002，8(3)：53-55.

[2] 王公忠,王玉杰，等.中深孔爆破技术的实践[J].爆破，2005，22(2)：47-49.

Wang Gongzhong, Wang Yujie. Practice in Medium-deep Hole Blasting[J]. Blasting，2005，22(2)：47-49.

[3] 周宜光,王太兴.小抵抗线硐室爆破技术在露天矿削顶工程中的应用[J].爆破，2004，21(1)：17-18.

Zhou Yiguang, Wang Taixing. Application of Small-Burden Millisecond Chamber Blasting Technology in Open Pit Ores[J]. Blasting， 2004，21(1)：17-18.

[4] 李 红.钻孔桩水下爆破施工实践[J].山西交通科技，2003(1)：66-67.

Li Hong. The practice of Bord Pile Underwater Explosion[J]. Shanxi Science & Technology of Communications， 2003(1)：66-67.

[5] 高 勇.爆破技术在成孔桩中的应用[J].山西建筑，2008，34(3)：138-139.

Gao Yong. The application of blasting technique in drilling pile[J]. Shanxi Achitecture， 2008，34(3)：138-139.

[6] 杜厚俊.大直径钻孔桩基础水下爆破技术[J].山西建筑，2006，32(2)：87-88.

Du Houjun. Underwater explosion technology of bored pile for shiyan hanjiang road bridge[J]. Shanxi Achitecture， 2006，32(2)：87-88.

[7] 成志辉.光面爆破在挖孔桩中的应用[J].交通世界，2009(32)：81-82.

Cheng Zhihui. Application of Smooth Blasting in the Excavating pile[J]. Transpo World， 2009(32)：81-82.

[8] 刘建镳,庄文贵.光面爆破成孔在桥梁桩基础施工中的应用[J].华东公路，2006(6)：21-22.

Liu Jianbiao, Zhuang Wengui. The Application on Drilling by Smooth Blasting under the Construction of Bridge’s Pile Foundation[J]. East China Highway， 2006(6)：21-22.

[9] 詹信群.桩基施工中孤石处理方法[J].广东职业技术学院学报，2004(6)：9-11.

Zhan Xinqun. Adopting Drilling and Exploding to Handle Huge Stones During the Construction of the stake[J]. Journal of Guangdong Communication Polytechnic， 2004(6)：9-11.

[10] 邓 芳.高层房屋钻孔桩基础爆破技术[J].山西建筑，2009(26)：83-84.

Deng Fang. Bored pile foundation blasting technology of the high-rise building[J]. Shanxi Achitecture， 2009(26)：83-84.