城镇密集居民区挖孔桩控制爆破与危害防治

李雷明

0 引言

桥梁挖孔桩爆破施工时，爆破所带来的震动、噪声、飞石等危害对周围环境有一定影响，尤其进行上述施工时影响更大，如何使爆破安全危害降到最低，保障附近建筑物和人民群众的生产生活安全是在城镇施工中首要重视的问题。通过工程实例实践的证明，爆破危害可以控制，爆破影响可以检测，只要选择科学的爆破参数和合理的安全防护，城镇中挖孔桩爆破作业时完全可以安全进行。

1 工程概况及周围环境

1.1 桩基工程及地质概况

七口特大桥位于向莆铁路福建段FJ-3A标内，起止里程为DK396+352.65～DK396+947.76，桥梁地处山区，桩基础一部分设计为嵌岩桩，另一部分设计为摩擦桩，设计桩径1.0 m～2.0 m，设计桩长9 m～38 m，各类桩基总数178根，根据勘查设计资料显示本桥桩基穿越地质主要为全、强、弱风化砂岩和花岗岩，表层主要为土层和硬塑粘土层，各岩层承载力在150 kPa～1 000 kPa之间，为保证施工进度除河道内的桥梁桩基以外全部采用挖孔桩施工。

1.2 周围环境

七口特大桥位于尤溪县西城镇驻地，交通繁忙，居民密集，建筑物多为砖混和钢筋混凝土框架结构，个别有土木结构，距离爆心的最近框架房仅10 m、砖混房12 m、普通土木房15 m、破旧土木房20 m，爆破条件十分苛刻。

2 爆破方案设计

2.1 施工方法

本桥梁挖孔桩多地处上软下硬地层中，地表以下约2 m～4 m段一般为土层，可采用人工配合风镐开挖，下部由于硬岩强度增大，须采用钻爆法开挖，结合工程实际情况，拟采用技术进行控制爆破。

2.2 控制爆破方案

竖向掘进的浅孔光面松动爆破的炮眼孔径d=42 mm，掘进眼深70 cm;周边眼深50 cm，周边眼外插角5°左右，炮泥堵塞长度ls≥30 cm，以φ1 250mm，φ1 500mm，φ2 000mm桩为例进行设计。

2.2.1 φ1 250 mm人工挖孔桩

炮眼布置见图1。钻爆参数如表1所示。

表1 φ1 250 mm挖孔桩钻爆参数

2.2.2 φ1 500 mm人工挖孔桩

炮眼布置见图2。钻爆参数如表2所示。

表2 φ1 500 mm挖孔桩钻爆参数

2.2.3 φ2 000 mm人工挖孔桩

炮眼布置见图3。钻爆参数如表3所示。

表3 φ2 000 mm挖孔桩钻爆参数

2.3 爆破器材及爆破网络

考虑本地地处南方，地下水丰富的特点，拟采用抗水性能好的乳胶炸药(φ32 mm)和目前安全性能最好(杂散电流无影响)的塑料导爆管非毫秒雷管起爆。整个起爆网络采用簇联方式联结。并用塑料导爆管、接力雷管将起爆雷管引至地表，然后用一个8号火雷管在地表引爆(见图4)。

2.4 爆破工艺的控制

1 )掏槽眼比其他炮孔超深0.2 m～0.3 m;炮眼方向:在岩层层理明显时，应尽量垂直于岩层的层理面;若使用直眼掏槽可根据实际情况调整空眼数量，楔形掏槽需控制钻眼角度;动态调整掏槽眼数量，间距及装药量;2)辅助眼均匀布置在掏槽眼与周边眼之间，钻眼方向垂直于工作面;3)周边眼:提高钻眼精度，控制外插角度;合理确定光爆层厚度，动态调整炮孔个数及装药量，采取间隔装药;4)辅助眼及周边眼眼底落于同一平面，便于形成平整的爆破面。

3 爆破设计安全校核

3.1 爆破震动安全距离检算

根据GB 6722-2003爆破安全规程爆破震动安全允许距离，可按下式计算:

其中，R为爆破震动安全允许距离，m;Q为炸药量，齐发爆破为总药量，延时爆破为最大一段药量，kg;V为保护对象所在地质点震动安全允许速度，cm/s;K，a分别为与爆破点至计算保护对象间的地形、地质条件有关的系数和衰减指数，可按表4选取。

表4 爆区不同岩性的K，a值

群药包爆破，各药包Re至保护目标的距离差值超过平均距离的10%时，用等效距离和等效等药量Qe分别代替R和Q值。Re和Qe的计算采用加权平均值法。

在《爆破安全规程》中，对各类建筑物所允许的安全振动速度有如下规定:

1 )土窖洞，土胚房，毛石房屋1.0 cm/s～1.5 cm/s;2)一般砖房，非抗震的大型砌块建筑物2.0 cm/s～3.0 cm/s;3)钢筋混凝土结构房屋3.0 cm/s～5.0 cm/s;4)水工隧道7 cm/s～15 cm/s;5)交通隧道10 cm/s～20 cm/s。

实际应用时，每个工程都要结合工程的具体情况，作出相应的安全规定。如建筑物的质点峰值振动速度安全控制标准:

1 )较坚固的建筑(如砖混)小于2.5 cm/s;2)一般建筑物小于1.5 cm/s;3)陈旧房屋小于0.8 cm/s;4)隧道Ⅲ类围岩小于3 cm/s，Ⅳ类围岩小于5 cm/s～6 cm/s。

对于居民稠密的城镇，为避免爆破震动及噪声对居民产生不安和恐惧，一般振动速度应控制在1.5 cm/s以下，而且应尽量在白天进行爆破。根据七口特大桥现场周边建筑物情况，主要有普通土木房(土坯)、普通砖房(非抗震的大型砌块建筑物)以及钢筋混凝土结构房屋。因此按V=1.5 cm/s校核居民一般建筑，按V=2.5 cm/s校核砖混结构，按V=0.8 cm/s校核陈旧房屋;K取250，a取1.9;φ1 250Q，φ1 500Q，φ2 000Q，Q皆为0.3 kg。

经计算表明:

1)该方案的爆破震动影响对于距爆点13.77 m以外的陈旧房屋是安全的;2)该方案的爆破震动影响对于距爆点9.9 m以外的一般房屋建筑是安全的;3)该方案的爆破震动影响对于距爆点7.6 m以外的砖混结构建筑是安全的;4)该方案的爆破震动影响对于距爆点6.9 m以外的钢筋混凝土结构建筑是安全的;5)该方案的爆破噪声影响对于距爆点9.9 m以外的居民是安全的。

3.2 爆破冲击波安全检算

空气冲击波对在掩体内避炮作业人员的安全允许距离:

其中，Rk为空气冲击波对掩体内人员的最小允许距离，m;Q为一次爆破的炸药量，秒延时爆破取最大分段药量计算，毫秒延时爆破按一次爆破的总药量计算，kg。

经计算:Rk=16.7 m，表明在距裸露爆破点正上方16.7 m远的区域爆破冲击波对人员是安全的，同时因挖孔桩作业时在孔内作业，孔壁对冲击波起了极大衰减作用，可乘以0.1～0.25安全系数，因此，挖孔爆破冲击波对于在挖孔爆破侧面4 m远的人员是安全的。

4 降低爆破安全危害因素的主要措施

4.1 警戒

实施爆破施工时，在井口附近设置警戒区。由于井口封盖严格，警戒距离定为10 m。放炮前，所有人员都必须撤至指定的地点，用口哨警告和小红旗作为安全警戒标志，爆破后仍采用口哨解除警戒，恢复正常。

4.2 爆破震动和噪声的控制

根据经验，降低爆破震动和噪声最经济、最有效的办法是增加分段数、减小最大单爆药量，当采用毫秒导爆管雷管跳段设置，根据现场情况调整，考虑到分段太多操作人员可能混装，建议所使用的段别不宜超过15段，其他方法还可采用如:选用低威力低爆速的炸药和不耦合装药，限制一次爆破的最大药量，选用适当的炸药单耗，选择适当的装药结构，开挖减震沟，减弱爆破震动传播影响等。

为确保附近居民和商业楼的安全，对爆破产生的震动和噪声要严格控制，为此须严格控制同时起爆的药量，并在爆破初期进行爆破震动安全监测。

4.3 爆破飞石控制

造成孔口飞石有两个原因:1)堵塞不严，产生冲炮并带出孔口松动石块;2)装药过多，堵塞长度不够，使孔口石块飞出。为确保爆破岩石不飞出孔外，需认真做好防护工作。先将挖孔桩孔口以钢筋网覆盖，然后在上面堆压砂袋，做到绝对安全。钢筋离孔口护壁顶30 cm，覆盖的砂袋边缘超出孔口护壁边不小于30 cm。

桩井深不足10 m时，井口应作重点覆盖防护;井深超过10 m时，则作一般防护，重点防护的方法有:

1 )井口放置土袋，上覆钢筋网盖住开口，但周边要留有足够的气体扩散孔;2)在铁板上放置砂包，使钢筋网不会被爆炸冲击波掀起;3)在整个墩搭设防护棚排架。

目前《爆破安全规程》对桩孔爆破没有划定安全距离，只是提到“由设计定”，在此建议桩井口和炮孔孔口经过严密防护后，对飞石的安全距离定为5 m。

4.4 爆破冲击波控制

为了减少爆破冲击波的破坏作用，可从两方面采取措施:1)防止产生强烈的空气冲击波;2)利用各种条件来削弱已经产生了的空气冲击波。通过合理确定爆破参数，避免采用过大的最小抵抗线，防止产生冲天炮;避免裸露爆破;选择合理的分段起爆方案和分段间隔时间，保证岩石能充分松动，消除夹制爆破条件;保证堵塞长度、堵塞质量和采用反向起爆，防止高压气体从孔口冲出;推广导爆管或电雷管起爆。这些措施都能提高爆破时爆炸能量利用率，有效防止产生强烈空气冲击波。此外，井口搭设防护架，上部盖砂包，侧面留适当的泄气口，也可有效减小冲击波的危害。

5 安全注意事项

1 )所有人员培训上岗，特殊人员持证上岗，严格施工方案落实，如有特殊情况进行调整，则必须通过程序报批;2)现场安全设施齐备、牢靠，施工中加强安全信息反馈。严格爆破器材管理，严格警戒设置岗哨制度，严禁非施工人员进入施工区域;3)对场地邻近的建(构)筑物，施工前会同有关单位进行详细检查，并将建(构)筑物原有裂缝及特殊情况记录备查，对可能危及的邻房，事先采取加固措施;4)坚持每天固定时间爆破，坚持白天爆破，每次放炮前必须设专人负责放炮指挥和组织安全警戒工作，并应使全体职工和附近的居民，事先知道警戒范围，警戒标志和声响的意义，以及信号的方法和时间，确保人群疏散，并做好防护工作;5)做好爆后的安全检查和处理，例如:危石、支护破坏和盲炮等现象，坚持对周围环境设施的回访排查。

6 结语

桥梁挖孔桩爆破施工尤其是小孔径桩基施工炸药单耗多，爆破差产生的震动、噪声、冲击波、飞石等危害大，对周围环境影响大。城镇居民区对上述危害要求很高，进行挖孔爆破作业时施工难度比较大，危害较难控制，但是通过调整爆破钻孔布局、单孔装药量、雷管分段、一次起爆最大药量等技术措施后，可以有效减少此类危害的产生，另一方面通过科学安全的防护措施后可以明显地降低上述危害的效果，技术措施和安全措施的有效结合应用，实践证明是一种技术性能可靠、经济效益显著的综合处理手段，值得同类工程借鉴。