控制爆破在人工挖孔桩中的应用

黄 涌 周思全

(1.湖北省路桥集团有限公司，湖北 武汉 430056； 2.武汉天兴洲道桥投资开发有限公司，湖北 武汉 430011)

1 工程概况

后河大桥位于湖北省丹江口市习家店镇，桥梁所在的地貌单元为武当山脉与大横山脉过渡地带。跨径布置采用(2×30)m预应力混凝土连续T梁+(67+120+67)m预应力混凝土连续刚构箱梁。

后河大桥0号台为重力式U型桥台，1号～4号及5号台为人工挖孔灌注桩，地面往下分别为碎石土、中风化云母石英片岩和中风化绿泥石英片岩。由于桥梁所处地形复杂，地势高低不平，大型机械钻孔设备无法进场，因而对挖孔桩采用爆破开挖。

2 主要爆破参数设计

2.1 岩土参数

1)岩土类别：六类土。

该处中风化绿泥石英片岩单轴天然抗压强度一般为30 MPa～47 MPa，单轴饱和抗压强度20 MPa～37 MPa，干密度2.76 g/cm3～2.84 g/cm3，由于软化系数(单轴天然抗压强度与单轴饱和抗压强度的比值)0.67～0.78及坚实系数f(为与爆破条件一致，坚实系数取单轴天然抗压强度的1/10)在3.0～4.7之间，可以定为较软岩(软化系数≤0.75[1]，坚实系数f在1.5～4.0之间，见表1)，但为达到更好的爆破效果岩土类别取用高一级别的六类土次坚石。

表1 土的类别表(五类土与六类土)[2]

2)开挖断面形式：圆形。

3)开挖断面面积S(m2)：S=π(D/2)2=3.14×(2/2)2=3.14 m2(D为2 m桩直径)。

4)爆破处自由面系数m=1。由于人工挖孔桩开挖断面上只有一个面与空气接触，那么其自由面系数为1。

2.2 普通破碎孔参数

1)掏槽孔布置形式：单空孔菱形。以空孔为圆心，半径为150 mm，均匀布置4个掏槽孔，见图1。

2)掏槽孔个数N=4。

3)炮孔直径d(mm)：采用Y20手持式凿岩机钻孔直径d=40 mm。

4)钻孔深度L(m)：0.8 m。钻孔深度是炮眼孔口到眼底的垂直距离。钻孔深度应与钻孔和出渣能力相匹配，而且使挖孔桩每米掘进消耗的时间最少。钻孔深度受开挖断面的影响，钻孔深度不能过大，所以最大钻孔深度L取开挖面宽度B=2 m的0.5倍～0.7倍，L=(0.5～0.7)B=1 m(取最小系数0.5),同时为便于装药及堵塞操作顺利进行，实际工程中钻孔深度L≥0.8 m。

5)炮孔利用率μ=爆破后的实际深度/钻孔深度L=0.9。

2.3 周边光面孔参数

1)最小抵抗线W(m)=(10～20)d=15×0.04=0.6 m。最小抵抗线偏大时，会使岩块过大；偏小时又会使爆渣过小，既浪费爆破器材，又难以清运[3]。

2)孔距a(m)=(0.75～0.9)W=0.825×0.6=0.5 m。裂隙发育、岩质软弱且质量要求高者取小值,这里系数取中值0.825。

3)不耦合系数Dr=1.25(炮孔直径比上药卷直径)。

2.4 炸药相关参数

1)炸药类型:2号岩石硝铵炸药，规格φ32 mm×200 mm-200 g。

2)单位耗药量q(kg/m3)。按表2取1.85 kg/m3。

表2 爆破岩土单位体积炸药消耗量系数 kg/m3

3)装药密度Δ=1.1 g/cm3。

4)炮孔装药影响系数β=0.7。

5)堵塞系数u=1。实际堵塞长度与计算堵塞长度的比值。随着u值的降低所需要的炸药量显著增加，u=0，即为露天平面爆破。因此应尽量保证堵塞长度，以充分发挥炸药的功效。

6)暴力换算系数e=1.0。以2号岩石硝铵炸药为基准，取1.0。

7)炮孔装药系数α=0.33。其值为装药长度比上炮眼长度见表3。

表3 炮孔装药系数α值

2.5 炸药用量计算

1)单位耗药量修正计算:

q0=equm=1×1.85×1×1=1.85 kg/m3。

2)每排炮进尺装填炸药量计算:

Q=q0LSμ=1.85×0.8×3.14×0.9=4.18 kg[4]。

3)理论单孔装药量：

q单=π(d/Dr)2Δαβ/4=3.14×(0.04/1.25)2×1 100×0.33×0.7/4=0.2 kg[4]。

4)工作面炮孔数目确定:

N=每排炮药量Q/单孔装药量q单=4.18/0.2=21。

根据类似爆破项目的经验布置炮孔，在保证炮孔高利用率、挖孔桩孔壁达到设计尺寸、炮渣均匀的前提下[4]，为均匀布置炮孔数目取24个。

5)掏槽孔炸药用量计算:

qcut=(1.15～1.25)Q/N，取最大系数值1.25计算得，qcut=1.25Q/N=0.22 kg，折合1.1卷，采取1.25卷。

6)周边孔炸药用量计算:

qp=Q/N，取标准值计算得，qp=4.18/24=0.17 kg，折合0.85卷，采用1卷。

7)辅助眼炸药用量计算:

qf=0.85Q/N，取0.85系数值计算得:qf=0.85×4.18/24=0.15 kg，折合0.75卷，采取1卷。

8)实际炸药总用量计算：

周边孔数Np=c/a=6.28/0.5=13，为均匀布置取12个；

辅助眼孔数Nf=(N-Ncut-Np)=(24-4-12)=8；

实际炸药总用量：Q实=qcutNcut+qpNp+qfNf=1.25×0.20×4+1×0.20×12+1×0.20×8=5 kg。

3 装药堵塞

3.1 装药

掏槽眼、辅助眼采用小直径连续装药结构，而挖孔桩对爆破面不比隧道要求高，周边眼在这样的情况下采取小直径连续装药结构，减少钻眼数量，见表4,图2和图3。

表4 挖孔桩炸药分配表

注：空孔1个，中心布置，不装药。

掏槽眼4个，内圈半径150 mm，每孔间距212 mm，采取1段非电毫秒雷管。

辅助眼8个，内圈半径550 mm，每孔间距421 mm，采取5段非电毫秒雷管。

周边眼12个，外圈半径100 mm，每孔间距492 mm，采取7段非电毫秒雷管。

3.2 堵塞

炮孔装药后需堵塞，其材料应有不透气、可塑性、大摩擦力等性能，常用泡泥(黏土和砂的混合物制成)或塑料水袋进行堵塞[5]。堵塞长度见表5。

表5 挖孔桩爆破参数表

4 爆破网络设计

为了达到预期的效果，采取分段起爆，起爆先后为：掏槽眼→辅助眼→周边眼，孔中采取毫秒级非电雷管(见表5)，并联网络。

5 爆破效果与经济效益

5.1 爆破效果

1)爆渣大小基本一致，有利于清运且节约时间。

2)减少超挖，进而减少护壁投入，降低造价。

3)岩面平整，减少后期修整费用。

5.2 经济效益

1)节省时间。减少钻眼数目、装药数量，同时缩短清渣时间。

2)节省材料。减少超挖、护壁的混凝土回填量和钢筋用量及爆破器材的使用量。

6 结语

经过现场爆破验证，对于同类小工程，采用控制爆破，达到预期效果，产生了一定效益。

[1] GB 50021—2001,岩土工程勘察规范[S].

[2] 《建筑施工手册》编委会.建筑施工手册[M].第5版.北京：中国建筑工业出版社,2011:165.

[3] 袁志平.控制爆破在济南铁路桥深基础桩中的应用[J].黑龙江交通科技,2011(6):134.

[4] 宗 琦,谢长亮.关于岩巷掘进工作面炮眼布置数目的确定[J].煤矿爆破,2000,51(4):4.

[5] 薛 刚.浅谈公路隧道施工爆破措施[J].科学之友,2011(5):36-37.