水下岩层孔外爆破法处理钻孔桩斜面岩层深度解析
2015-10-29马庆虎
马庆虎
（中铁二十四局集团福建公司）
水下岩层孔外爆破法处理钻孔桩斜面岩层深度解析
马庆虎
（中铁二十四局集团福建公司）
本文以厦门轨道交通1号线一期工程厦门北车辆基地运用库房建桩基277#墩4#桩为例讨论如何利用水下岩层孔外爆破法处理钻孔桩斜面岩层，主要解决现行的几种处理钻孔桩斜面岩层方法处理效果不理想的难题。
水下岩层孔外爆破法；钻孔桩斜面岩处理；解决难题
1 工程概况及工程重难点
（1）工程概况：厦门北车辆基地运用库位于厦门轨道交通1号线一期工程厦门北车辆基地ABK0+450～+810段，该库下部结构采用桩接承台，矩形墩，钻孔灌注桩基础。厦门北车辆基地运用库房建桩基277#墩4#桩原设计为摩擦型嵌岩桩，设计桩长29m，设计桩径φ1.0m。自上而下岩层为粉质粘土、全风化凝灰岩、强风化凝灰岩、中风化凝灰岩。
（2）工程重难点：277#墩4#桩施工采用冲击钻钻孔，施工至桩长26m处遇到斜面岩层，孔桩出现严重斜孔，一侧为强风化凝灰岩，另一侧为弱风化凝灰岩，两侧高差有40cm，经多次回填材料重新钻孔均无法消除斜面岩层。而由于多次冲击无进尺使冲击钻锤牙掉落于孔底深入岩层，电磁铁无法将其吸出。由于锤牙遍布于孔底，岩心钻机从孔内无法钻孔，孔内水下岩层爆破法不适用。
2 采用水下岩层孔外爆破法的必要性
（1）工程本身要求：277#墩4#桩为摩擦型嵌岩桩，按照设计要求本桩桩底必须完整嵌入强风化凝灰岩≥7.5m或完整嵌入弱风化凝灰岩≥1.5m，但本桩施工位置还未达到要求，具体数据见表1。
表1 设计和施工嵌入各个岩层数据对照表
由表1数据可以看出施工深度还未达到设计要求，而且孔底留有掉落锤牙必须吸取出来，孔底存在斜面岩层必须处理，方能确保钻孔桩桩身质量。
（2）方法要求：现行处理钻孔桩斜面岩层方法主要有下面几种：①回填材料改自重较大冲击钻重钻法；②浇筑混凝土改自重较大冲击钻重钻法；③孔内水下岩层爆破法；④本文探讨的孔外水下岩层爆破法。下面进行这几种方法的比选，见表2。
表2
经比选，本桩斜面岩的处理采用孔外水下岩层爆破法比较适合。
（3）工艺特点：施工工期短、质量有保障；适用于诸多岩层的成孔；由专业爆破工作人员操作，专业性强。
3 孔外水下岩层爆破法施工
（1）施工流程：回填孔位→炮眼定位→炮眼钻孔→安装PVC→导管安装炸药→水下岩层爆破。
（2）工艺原理：
①基于复杂地质的具体情况，当一种岩层进入到另一种岩层，便易发生岩面倾斜、断层，造成钻孔斜孔。基于此钻机钻锤相当于作用于不同的两种岩石之上，若硬度不同、钻进速度不同便易发生倾斜。
②对岩层的爆破会使岩层岩石处于松散的状态下，在此状态下进行钻机钻进。该处理方案具有施工进度快的应有优点。深孔松动控制爆破之后的岩石仅限于开裂、凸起、松动。深孔松动爆破可进一步控制爆破震动的效应，为周边环境的安全保证奠定坚实基础。该爆破方法是在借助于塑料导爆管非电起爆系统的基础上形成的内、外时间差，不同组的炮孔都可以得到充足时间间隔的保证，单独药包作用于爆破振动。
（3）具体施工步骤：
①回填孔位：用土将原先施工的孔位回填，防止爆破产生的震动引起坍孔，并阻止爆破产生的碎石从孔内飞起将孔底掉落锤牙埋没。
②炮眼定位：根据测量的斜面岩层走向定位3个炮眼，斜面岩高侧设2个编号为1#和2#，低侧设一个编号为3#，炮眼距钻孔桩中心距70cm，如图1。
图1 炮眼钻孔位置示意图
③炮眼钻孔：在定位的3个炮眼处用岩心钻机钻设炮眼孔，炮眼孔孔径φ10cm。从岩心钻机取出的岩心分析，斜面岩层低侧距离斜面岩底部20cm即到达弱风化凝灰岩，所以决定孔深钻至低于斜面岩底部50cm，如图2～3。
④安装PVC导管：在钻设的3个炮眼孔内安装PVC导管，使炸药能顺利从孔内下放至孔底，PVC管管径φ8cm，管深至炮眼孔孔底，顶部突出地面30cm，防止杂物掉入管内。
图2
图3 岩心钻机钻孔示意图
⑤安装炸药：将1#和2#孔清孔，降低泥浆比重，使炸药顺利下放。在1#和2#孔内安装炸药，3#孔为空隙孔，使岩层在爆破作用下能产生横向位移，故不安装炸药。1#和3#孔每孔各安装9根炸药，每3根绑定成一节，共3节，3节连续绑定，中间不设空隙，炸药下放至孔底。如炸药不能顺利下放，可在炸药的旁边绑定部分钢筋增加自重。
⑥水下岩层爆破：爆破前在孔口覆盖沙袋，防止爆破冲起的杂物危及安全。1#和2#孔采用毫秒雷管同时爆破。
（4）安全措施：
严格依据设计进行炮眼的确定及钻孔，控制安装的炸药量；严格依据相关安全操作规程进行施工操作；要求相关施工工作者及现场监护工作者必须佩带安全帽，切忌发生酒后、赤脚上岗作业的问题；施工现场电源线路严格依据三相五线制进行相应保护；各孔用电需采取分闸措施，切忌发生一闸多空或者是一闸多用的问题，架空孔上电线、电缆。
4 清理孔底掉落锤牙
为确保钻孔桩能顺利钻至设计要求深度，孔底掉落锤牙必须清理出来，爆破将岩层松动后开始清出掉落锤牙：
（1）用冲击钻冲击孔内回填土至斜面岩深度，翻浆将孔底清理干净；
（2）下放电磁铁将孔底掉落锤牙吸出，将吸出锤牙数量和掉落数量核对，看是否有漏吸。如有个别取不上来，应用冲击钻轻轻锤击孔底岩石，然后清孔再用电磁铁继续吸取锤牙，如此反复操作，直至将孔底锤牙吸取干净。
5 转正常钻孔桩钻孔施工
为确保孔桩恢复正常施工，待孔底锤牙吸取干净后，用冲击钻冲击孔底处理斜面岩层：
（1）冲击钻冲击孔底爆破后松动岩层，施工中随时检测孔底是否水平，检测爆破效果是否理想，如斜面岩层依然存在或出现新的斜面岩层，可采取孔内水下爆破。
（2）待斜面岩层处理完毕，恢复正常钻孔施工程序，钻至设计要求深度。
6 效果检查
通过以上方案施工，有效地处理了钻孔桩斜面岩层，确保了桩身质量；通过对277#墩4#桩取出的碴样进行统计，孔桩嵌入各个岩层数据见表3。
表3
由表3数据可以看出，孔桩嵌入弱风化凝灰岩层1.6m＞1.5m（设计要求嵌入弱风化凝灰岩层深度），满足设计要求，请设计院地质工程师现场确认可以终孔，斜面岩处理完毕，钻孔桩工程质量得到保证。
7 技术要点
钻孔桩孔外水下岩层爆破主要是解决孔内水下爆破不适用的难题，而采用孔外爆破法就应降低爆破对孔桩带来的扩孔、坍孔等影响，主要控制以下几点：
（1）炮眼位置：炮眼位置离钻孔桩孔壁距离过小，护壁就变的非常薄，岩心钻机钻孔时钻头容易钻入既有钻孔桩孔内，而使得钻孔失败；炮眼位置距离钻孔桩孔壁距离过大，会使得爆破范围扩大，孔底孔径加大，影响钻孔桩质量。一般选定在距离钻孔桩孔壁15～30cm之间。
（2）岩心钻机垂直度：为使孔底炮眼位置和孔口位置保持一致，达到预期爆破效果，岩心钻机钻孔时必须保持垂直，垂直度可以通过观测钻机平台4个角的标高检测，随时进行调整。
（3）药量控制：钻孔桩水下岩层爆破主要是处理斜面岩层，所以采用微弱松动爆破，炸药量不宜过大，防止震动过大造成扩孔或坍孔。单孔炸药用量可参考公式：
式中：Q——单孔装药量，kg；
q——炸药单耗，根据岩性变化而取不同值，本施工取0.3kg/m3；
W——最小抵抗系数，mW=（20～40）×d，d为炮眼孔直径，本施工W=2.4m；
a——装药炮眼孔间距，m本施工取1.0m；H——爆破岩层厚度，m本施工取0.9m。
8 结束语
斜面岩一直是困扰钻孔桩施工的一大问题，处理不好会对钻孔桩桩身质量带来极大的影响，本方法的总结使钻孔桩斜面岩层处理又多了一个行之有效的办法，结合其他几种方法的实施，使钻孔桩斜面岩处理不再是难题，钻孔桩质量得到极大的保证.
[1]《建筑地基基础工程施工质量验收规范》.
[2]《爆破工程设计施工常用数据与技术标准规范》.
U445.55+1
A
1673-0038（2015）13-0185-02
2015-3-12
