入岩控制爆破技术在铁路桥梁挖孔桩中的应用

2011-06-12张磊

山西建筑 2011年27期

张磊

近年来，高速铁路大规模的发展，使得桥墩基孔开挖工程日益增多。常见的施工方法有冲击，回转形成的正、反循环钻机机械成孔，人工爆破开挖等。它们在施工难易程度、工期要求、经济性、安全及适宜的地层条件方面各有特点。人工挖孔桩基础由于施工方法简单、操作简便、机械设备简单、施工效率高，在工程中运用较多，同时为提高基础的承载力，设计时将基础的持力层设置在岩石的中～微风化岩层，在开始进入岩石进行施工时，最常采用的施工方法是钻爆法。

1 工程概况

青白石1号大桥是兰渝铁路在兰州的控制性工程，六线总长293 m，地质地形比较复杂，紧邻既有线，共需施工143根桩，设计桩长8 m～30 m，桩径1000 mm～1250 mm，地质资料显示桩基主要通过砂质黄土，进入花岗岩持力层，无基岩裂隙水和地下渗水。

2 桥基础施工方案的选择

桥墩桩基础原设计为钻孔灌注桩基础，进场后由于底层岩石较厚，用钻孔灌注法成孔会导致钻头、孔斜等事故，成孔难度大，而且工期紧张，因此，决定采用施工方法简单、操作简便、机械设备简单、施工效率高的人工挖孔成桩技术。人工挖孔成桩的难点在于桩端入岩时的控制爆破。

3 入岩控制爆破方案的确定

人工挖孔桩入岩爆破施工时，自由面狭小、作业面较深、岩石的夹制力较大，中风化层以上地段成孔时，受黄土层、卵石层的影响，有些地段护壁抗震能力小。所以孔桩入岩爆破宜采用小直径浅孔微差爆破。

3.1 爆破参数的确定

桩基入岩爆破参数不同于自由面较大的隧道爆破参数，但可参照矿山竖井掘进时的一些爆破参数。其实际值应根据所爆破的孔桩直径、岩石的物理力学性能、岩石的风化程度、岩石的结构组分、内聚力、裂隙，特别是岩石的变形性及其动力特性，以及所用炸药的性能来确定。

1)单位用药量系数。孔桩入岩爆破的岩石为中～微风化，孔桩直径为1000 mm～1250 mm，周边对所爆破岩石的约束力大。根据兰州地区孔桩工程入岩的爆破参数类比、修正，得出单位用药量系数K(见表1)。2)炮眼间距。孔桩入岩采用手持式气动凿岩机钻眼，炮眼直径d=32 mm ～42 mm，即 a=(15～20)d，a=500 mm～800 mm。3)炮眼深度与循环进尺。在小直径孔桩入岩爆破中，岩石的周边夹制力大，炮眼利用率低。炮眼深度L取孔桩直径 D 的0.6倍～0.8 倍，即 L=(0.6 ～0.8)D，L=600 mm ～1000 mm。其中掏槽眼应比周边眼加深100 mm～200 mm。在兰州地区，孔桩控制爆破炮眼利用率η一般可以达到85%～95%，则循环进尺 L'=ηL=(0.85 ～0.95)L。

表1 兰州地区单位用药量系数K表

3.2 炮眼布置

在小直径孔桩爆破中，工作面通常按掏槽眼3个～4个，周边眼7个～13个进行布置。其中掏槽眼按照锥形布置，倾角10°～15°;周边眼多用垂直眼，距孔桩护壁100 mm～200 mm均匀布置，以保证孔桩围岩的稳定性及避免超挖。根据现场地质情况，掏槽眼布置4个，锥形布置，倾角取为15°，周边眼布置12个，垂直眼，均布于孔桩周围，见图1。

图1 普通入岩掘进炮眼布置图

3.3 装药量计算

1)每循环进尺所需用药量Q=KDL。其中，Q为每循环进尺用药量，g;K为单位用药量系数，g/m3，见表1;D为孔桩掘进直径，m;L为炮眼的平均深度，m。现场的地质情况以中～微风化的花岗岩为主，因此 K=2000 g/m3～2400 g/m3，D=1000 mm ～1250 mm，L=600 mm ～1000 mm，因此得到Q=1200 g～3000 g，具体每个循环进尺需用量应根据实际情况取。2)单孔理论装药量q=Q/N。其中，q为单孔理论装药量，g;Q为每循环进尺用药量，g;N为工作面炮眼数量，个。根据公式可得，现场单孔理论装药量q=100 g～250 g。3)装药量的分配。一般情况下，掏槽眼的药量qt比周边眼药量qb多装20%～25%的炸药。qt=(1.2～1.25)q，qb=(0.85 －0.95)q。其中，qt为掏槽眼装药量，g;qb为周边眼装药量，g。

3.4 爆破器材选型

1)炸药。人工挖孔桩入岩段爆破施工总是存在岩层裂隙水及成孔护壁时下滴的渗水，因此选用防水性好的炸药，另外为了保证成孔护壁在爆破施工中的稳定性，应选用爆炸威力适中的炸药。现场选取岩石乳化炸药，其抗水性好、药卷易于分割、威力适中。2)雷管。孔桩掘进爆破使用电雷管网络，禁止使用导火索、火雷管起爆网络。电雷管起爆网络的接头一定要有良好的绝缘性，接点应离开泥水面。同时，为取得较好的爆破效果，保护护壁的稳定性，选用微差爆破使用的秒延期雷管，周边眼滞后掏槽眼起爆0.1 s以上。3)起爆器。孔桩爆破每次起爆的雷管都在20发左右，因此要求起爆器体积小，便于携带，结构组成简单，因此可选用MFJ-100国产电容起爆器，它的串联起爆能力可达100发，充电时间7 s～10 s，供电时间3 ms～6 ms，电源1号电池4节。

4 安全技术措施

采用炸药进行入岩爆破，具有相当大的危险性，一旦处理不好，就会造成安全事故，因此，在孔桩控制爆破时，必须要采取相关的技术措施，以保证爆破工程的安全性，主要技术措施有:

1)爆破地震控制措施。孔桩入岩爆破对本桩及临近孔桩的临时支护和已浇筑的桩芯混凝土都可能产生影响，孔桩护壁一般采用早期强度高、成型好的C25钢筋混凝土护壁，一般情况下护壁混凝土浇筑3 d后，可进行爆破施工而不至震坏护壁支护。同时不应在已浇筑桩芯混凝土，但桩芯混凝土未达到龄期的孔桩的20 m范围内进行孔桩爆破作业，以免震裂没有达到设计强度的桩芯混凝土。2)爆破飞石的控制措施。孔桩爆破工作面均在地表以下5 m以外，在爆破孔桩口用竹笆或木模板覆盖，并加压砂袋，以防止爆破飞石飞出地面。3)爆破炮烟的排除措施。炸药爆破之后产生的炮烟均为有毒有害气体，必须进行机械性强制通风排烟，施工现场可利用鼓风机在井口进行压入式通风排烟，或采用空压机风管在井底通风排烟。通风排烟的时间以清除工作面炮烟为准。4)爆破防漏电措施。孔桩入岩爆破在装药时，应特别注意防漏电，在装药前孔桩内所有的电器设备应提升至地面。在装药时，雷管的脚线应短接，连接爆破母线时应保证接头良好的绝缘性，严禁拖地接触泥水，雷雨天气应停止爆破作业。5)瞎炮的处理。在孔桩爆破作业完成、清除孔桩内炮烟后，检查人员应下到工作面检查瞎炮情况，并及时按爆破规程进行处理。另外在清渣时发现瞎炮，应及时报告项目部安排专业人员处理，禁止非专业人员私下处理。