深基坑砾岩预裂浅孔爆破工程实例

王轶君

摘要：项目引用我省某房地产开发项目，在深基坑开挖过程中，局部地层出现含氧化铁胶结硅质砂砾岩、红砂岩等Ⅲa-Ⅳ类硬质坚实岩体，外覆层砂加卵石层面节理发育、破碎，胶结砾岩粒径变化大。深基坑周边构（建）筑物、道路等环境复杂，土体上覆盖湿陷性黄土及耕植土等松软层等不利条件，在现场先期采用膨胀剂破拆方案达不到预期效果的前提下，最终采用预裂浅孔松动爆破方案实施开挖。

爆破方案的选择本着基坑边坡稳定、周边构（建）筑物无扰动及损伤、土方工程爆破后接近成型不超挖，降低堆积体大石率便于装运及弃渣等原则，从安全、经济的角度出发，就方案比选、参数设计、安全管控、防危害措施等方面进行了深入探讨。

关键词：深基坑  砾岩  爆破

中图分类号：TD235

本项目爆破实施达到预期效果，从技术、安全、经济、进度等方面得到开发商认可。针对我省東南部地区（兰州盆地及周边）较为普遍的砂砾岩、红砂岩地质构成，在深基础、松散覆盖、岩质坚硬、机械开挖无法实施的地基困难条件下，采用钻爆开挖方案总结了一定经验。

相信在今后乳化炸药、水胶炸药、高精度导爆管等新兴的安全度更高、成本更低廉、定向更可靠的新材料、新工艺助推下，预裂爆破、松动爆破、光面爆破等技术会更加精益求精，在工程项目成本压降方面提供更多可能。

项目背景及工程概况

1.1.工程概况

1.1.1建筑区域概述

我省某集中开发商品房住宅小区，位于市高新开发区某规划路南侧，总征地面积45亩，建设四幢一类高层住宅建筑，总建筑面积13.53万平方米，地下3 层地上31层（南侧两幢29层），建筑高度97.65米。

1.1.2基础形式

四幢高层住宅基础整体大开挖，院内负一层顶板覆土绿化，下部整体箱型基础及院落地下室连通，地下面积3.2万平方米，负一层为下沉式庭院、入户坡道及部分商铺，地下二至三层为人防工程、车库及设备间。基底相对标高-13.61米。

1.1.3周边建筑物概况

小区东侧为已开发入住住宅小区与本案楼宇间距15米，西侧为某部队驻地训练基地风雨操场及游泳馆，与本案楼宇间距13米，北侧紧邻规划路，南侧为项目二期储备用地，储备用地为常年蔬菜耕植土体，散布有砖木结构、砖混结构二至四层棚户搭建民居，结构抗震能力不详。

1.2本案背景

1.2.1 基坑开挖方案

基坑开挖采用环装轻型井点降水，于场地东西两侧设置自卸车通道，分为三个开挖台阶自上而下分层进行开挖，场地内土石方车辆单向循环通行;为减少对场地东西两侧既有建筑物地基基础扰动，基坑采取了陡边坡锚喷支护的边坡加固方式，随挖随支护[1]。

1.2.2 深基坑边锚喷加固

锚杆施工采用高压注浆工艺，杆体与孔壁之间均注满浆，锚管头采用连接加强筋焊接于钢筋网上。喷射C20砼，厚度不少于100～120mm[2]。

1.2.3基坑开挖地质情况概述

自地表至地下3.5米为耕植土，-3.5至-6.8米为新黄土，黄土陷穴时有出现，-6.5米处开始出露砂加卵石覆盖层，覆盖物较为松散，属河流冲击砂加卵石地貌;基坑西南侧局部-7.0至-7.4米基岩出露。

1.3 基岩岩性概述

出露基岩岩性为硅质砂砾岩，砾石直径35-275毫米，花岗岩、闪长岩等岩性，胶结硅质呈铁锈红色。基岩表面风化破碎，覆盖河流冲击性砂加卵石破碎层，基岩抗压强度45 MPa～73MPa，Ⅲa-Ⅳ级，裂隙发育且粒径较大。

1.4爆破方案选择的原则和要求

1.4.1爆破施工须绝对保证岩体周边土体稳定，控制爆破震动强度，保证爆破冲击不得扰动基坑边坡，导致边坡失稳甚至坍塌;爆破前对微差导爆段数进行土力学复核，防止边坡局部土体与基岩之间、土体与喷锚构造之间产生“土壤液化”现象，形成“空穴”，为后期基础施工过程边坡失稳埋下隐患;

1.4.2宜采用分段起爆，控制爆破强度，防止周边建筑物基础受冲击波影响，受到冲击报扰动或震动损伤;

1.4.3保证预裂爆破成型坡面符合基坑坡度设计要求。控制超钻及排距等参数，不留残根、烂根等难以处理的遗留根脚问题，尽可能做到预裂爆破后边坡基本成型，松动爆破后底板相对平整，减少后期施工中的土方修整工作量，节约工期和成本[3]。

1.4. 4保证爆破石方适当破碎，便于现场清渣、清运，提高装载及外运进度，进而加快基坑施工进度。破碎度亦应满足弃渣场石渣填埋和回填绿化的环保要求，减少弃渣场二次破碎的费用支出。

1.4.5施工安全技术措施确保到位，现场统一指挥，安全责任制切实到位，保证现场施工人员安全，杜绝安全生产事故，妥善防护，防止渣石飞溅对周边人民群众生命财产造成危害。

2  爆破方案对比

2.1膨胀剂静压爆破

本项目首先采用静压爆破后，未达到预期效果。经现场共同分析，一方面硅质砂砾岩结晶不规则，潜孔钻机凿岩成孔速度慢，钻孔时遇到大粒径（220-300毫米）砾石结晶部位经常卡钻或废孔，且增加钻孔周边岩石扰动，裂隙进一步发育，导致钻孔周期长，劳动力及膨胀剂成本加大且难以估算;另一方面硅质板结块径大，装载机等装运设备工作效率低下，同时膨胀剂对于出露部位岩石变形方向难以控制，局部实验爆破后，清底过程中发现岩石大量残根和烂根，岩盘下层台阶施钻难度进一步加大。导致岩石静压爆破效果差，不能满足开发商要求的工期进度。

2.2孤岩爆破开挖

孤岩爆破方案的提出是基于出露岩石位于整体基坑场地西南侧，硅质胶结结晶致密且砾石形状尖锐，与地勘报告中砂加卵石基层岩性有较大差异，与周边以往建筑物持力层地勘情况比较，属于基岩局部出露。在此基础上认定为孤岩后，拟采取整体爆破开挖的方式予以清除。爆破开挖是利用冲击波和爆炸气体直接粉碎岩体的方式，但冲击波迅速演变为地震波和应力波（水平剪力）向四周传播[4]，不可避免的对基坑支护结构和周边建筑物产生不利影响，对于周边相对密集、复杂的已建成住宅小区、部队游泳馆、居民自建棚户违建等构筑物、人流车流较为繁忙的城市主干道和已基本成型的喷锚基坑支护等基坑围护结构，在安全性、稳定性等方方面面均有可能产生不利影响和安全隐患。

2.3预裂爆破与主爆区浅孔松动爆破方案

2.3.1预裂爆破：

首先在基坑南侧采用预裂爆破的形式形成向北的临空面，避免前文所述整体爆破创造临空面产生过大震动，对基坑锚喷支护结构及周边建筑产生冲击和扰动。以浅孔、超钻、加密孔距、不耦合装药等方式，实施第一段预裂爆破，以小药量，微振动、低冲击的方式将基岩与基坑边坡之间先期形成破碎，降低主爆区炮孔爆破对边坡岩体的冲击。预裂爆破要求效果近似于光面爆破的方式初步形成成型边坡（边坡基本成型，防止超挖或二次刷坡）以降低后期土石方边坡工作量。再者经整体投入成本核算，在单方药量消耗方面要求达到减少基岩对爆破岩体的夹制作用降低主爆区炮孔装药量。

  

2.3.2浅孔松动爆破：

在预裂爆破的前提下，主爆区能够有效控制装药量，将爆破计算参数由掏槽+周边扩孔相关参数，调整为浅孔松动爆破装药量计算参数。为有效控制浅孔装药量及装药方式，进一步采取微差起爆方式，降低地震波和冲击波对既有建筑基础及基坑边坡的冲击及损伤。

预裂爆破将爆破体与基坑壁适度脱离，形成新的临空面，主爆区浅孔松动爆破对基坑南侧坡积松散耕植土的坡度要求大幅降低，无需二次刷方减重调整边坡坡度或增加土钉、喷锚工作量，并有效减少了后期基坑回填的土石方工作量，为楼盘整体工期保障创造条件;

采用浅孔松动爆破，炮孔数量虽大幅度增加，但炮孔直径控制在50毫米左右，钻孔深度（包括超钻长度）控制在5米左右，相对于整体爆破方案中采用80毫米潜孔钻机，近7米深钻孔施钻的钻爆模式，更加适应基岩产状及岩性，成孔率得以大幅度提高，爆破后形成残根的可能性大幅度降低，基床完整性提高。孔径缩小，钻孔工作可以多钻机、多工作面平行展开，对整体爆破进度加快具有优势和积极作用。诚然，预裂爆破成孔是方案成败的关键。

采用浅孔松动爆破，爆破飞石可能性降到最低且飞石方向得以可控;爆破堆积物破碎度高，便于装运和弃渣场二次覆盖及绿化;开挖达到预定基底标高后，最后台阶成型面可以增加光面爆破水平炮孔，较为精准控制岩床平整度，为基础筏板施工创造条件。

3  爆破实施

3.1根据总进度工期要求爆破组织设计论证，确定选用预裂浅孔松动爆破方案，整体分为三步骤实施爆破，具体爆破设计参数据实计算。

3.1.1主要爆破器材：火雷管、導火索、非电导爆管、非电导爆管雷管、2铵锑粉状炸药。

3.2主要爆破参数（计算过程略）

3.2.1主要爆破参数表

3.2.2主爆区松动爆破参数说明

主爆区装药结构：底部装药密度1.0㎏/㎡，散装药装药1.25㎏/m，装药长度1100㎜，装药量1.3㎏，堵塞砂黏土400㎜;上部装药密度900㎏/㎡，散装药装药1㎏/m，装药长度650㎜，装药量0.65㎏，炮孔采用钻屑堵塞1250㎜。

炮孔堵塞长度大于30倍孔径且大于计算最小抵抗线，装药结构属安全装药结构;

3.2.3缓冲孔（辅助孔）参数说明

缓冲孔装药结构：底部装药0.6㎏，装药长度800㎜，中间堵塞钻屑400㎜;上部装药0.45㎏，装药长度600㎜，装药量0.65㎏，炮孔钻屑堵塞1600㎜。

炮孔堵塞长度大于30倍孔径且大于计算最小抵抗线，装药结构属安全装药结构;

3.2.4预裂爆破参数说明

以六段分段装药，均匀填装，导爆索串联，砂黏土堵塞，堵塞深度1200㎜

3.2.5网络连接

主炮孔同孔内部分层装药采用同段位导爆管连结，各排间采用毫秒微差导爆管连结，主爆孔最大齐爆按照3孔控制，则最大齐爆药量5.85㎏。

3.3 起爆顺序及网络连接分析

3.3.1主爆孔采用多排微差起爆，起爆方向平行于基坑南侧坡面，大大减少对坡面防护的挤压作用，减少甚至防止爆破后局部坍塌;

3.3.2 采用预裂爆破，将基岩与东侧既有高层住宅基础、西侧部队游泳馆等营房地基之间创造临空面，大大减少夹制作用产生的地震波水平荷载和冲击波形成累积损伤，同时有效保障了基坑成型坡面，有利于后期成本控制;

3.3.3由于主爆孔爆破后，为缓冲孔清渣创造良好的临空面，为辅助爆破定向创造条件，导致了主爆孔起爆后的堆积体进一步破碎，为机械化连续清运创造便利条件。同时，辅助孔对预裂爆破坡面进行了进一步清理，减少了堆积体下部存在残根等根脚的可能性，为基床平整提供良好作业面。

3.3.4微差爆破形成两点有利条件，其一，前排爆破为后排爆破创造临空面的同时，为后排炮孔定向起到引导作用，最终体现在成型基坑坡面超、欠挖方量的减少;其二，在单位时段内降低震动冲击荷载，多频次松动爆破对硅质砂砾岩破碎效果好，便于清运。同时也大大减少了较小粒径砾石在夹制作用下形成飞石的条件[5];

3.3.5合理的间隔时间与起爆顺序是使得先起爆的炮孔将其岩石负载破裂破碎，剥离并推移到一定微距，为后续起爆的炮孔创造新的临空面，改变最小抵抗线的方向，而且，合理的时间间隔有利于前后炮孔岩石的碰撞与碾压，有利于降低大块率[6]。

4 爆破安全管理

4.1严格执行国家《爆破安全规程》（GB6722）相关规定，严格执行分级制度，按照难易及环境复杂程度分级相应规定进行设计、审批、施工[7];

4.2 严格遴选爆破设计单位。承担爆破设计单位应持有市级及以上主管部门核发的设计证书，注册法人单位经营范围必须包括爆破设计，有与爆破级别相适应的规定数量、级别、范围持有安全作业证书的技术人员，同时以往承担类似项目业绩亦应纳入遴选考量指标。

4.3爆破设计管理

4.3.1爆破设计前应对爆破区域进行地形、地质、周边环境、周围构筑物进行调查，对爆破拆除既有物及爆破委托要求经行详细摸排;

4.3.2分级别编制“爆破设计书”、“爆破说明书”，必须提供两个以上爆破方案进行可行性研究，论证技术可行性、经济合理性、安全可靠性，经比对推荐最优方案，并完成复核设计深度要求的设计文件[8]。

4.3.3爆破设计文件必须包括爆破区地形、地貌、地质条件，被爆体结构及爆破参数计算等关键设计指标，包括装药结构图、起爆网络图、防护设计图等设计图纸，包括钻孔、装药、起爆、警戒、撤离、疏散、防护、排险、应急等指挥、组织及器材购、运、贮、发、验、缴各个环节安全管控的施工组织设计等几部分关键内容[9]。

4.3.4安全评估与审批。依据相应爆破项目级别有相应审批部门组织评估，予以审批。评估主要内容应包括1设计施工单位资质;2设计依据是否完整可靠;3设计文件完整性及设计参数合理性;4方案有害效应的影响范围预测及可靠保障环境安全的措施;5事故应急预案的可行性[10]。

4.4爆破施工安全管理

4.4.1爆破施工必须依据已经由相关审批、评估通过的《爆破施工组织设计》执行。经审批的爆破施工组织设计方案应包含被爆体分析-炮孔钻孔及验收-装药操作-炮孔填塞-爆破警戒及信号确认-爆后检查-盲炮处理等关键环节，用于指导现场施工。

4.5预裂爆破的安全要求

本项目属深基坑爆破，预裂爆破与主爆区浅孔爆破之间采用微差段位间隔，可以说预裂爆破是整个爆破项目安全实施的前提和关键。而不耦合装药方式的预裂爆破填装是难度较大的环节，也是安全实施的重中之重，填装过程稍有不慎，即不能形成预裂缝和临空面，致使主爆区爆破形成冲击波直接作用在边坡土体上，导致边坡失稳或周边构筑物基础损伤，造成安全事故或形成安全隐患。

4.5.1预裂爆破应当采用缓冲孔、辅助孔，加密孔、缓冲孔、辅助孔装药必须严格遵照爆破设计。预裂爆破不耦合装药过程中应采取相应措施，本项目选用了订制的塑料支架，确保药包准确就位，不滑落、不位移 。

4.5.2预裂爆破炮孔应严格按照设计要求填塞。如炮孔堵塞长度过短，堵塞阻力过小，就会导致爆炸产生气体优先发展炮孔堵塞方向的楔作用，抑制爆破岩石的发展方向，爆炸气体自炮孔冲出，形成“放枪”效应，造成爆破失败[11]。

5 有害效应降低措施

5.1降低爆破地震波措施。严格控制最大单响装药量（总装药量相同，分段越多，地震波强度越小）;合理选择微差间隔时间，减少爆破夹制作用;本案成功采取预裂爆破技术，预裂缝有明显减震作用;

5.2降低空气冲击波措施。保证合理的填塞长度、填塞质量和采取反向起爆;使用微差非电导爆管雷管起爆;

5.3预防飞石措施。设计填装药包时避开软夹层及裂隙;装药前认真校核各个药包的最小抵抗线，严禁超装药量;炮孔的填塞质量应逐个检查;

5.4具体选取的爆体覆盖防护措施：首先在炮孔上方覆盖两层捆扎整齐的秸秆缓冲物;秸秆上方覆盖两层竹架板，竹架板用8号铁丝连结;在覆盖物上方，预裂爆破炮孔上方及坡脚部位增加编织袋装填的沙包进行适当加固;整体覆盖完成后采用双层密目网全场覆盖，防止个别飞石[12]。

5.5拒爆盲炮处理。盲炮是爆破作业中的常见情况，随着钻、爆设备和器材精度日益提高，拒爆现象逐年减少，但不可掉以轻心，必须按照规程安全操作。例如最基础的处置方式，必须按照水浸湿冲洗炮孔及药卷-逐个取出并清点残药卷-水枪冲洗炮孔-吹风管处理炮孔的步骤严格操作。

6结束语

经两循环周期爆破施工，基坑开挖至设计标高。现场清渣后，边坡预裂爆破开挖符合甚至优于设计预期效果，半炮眼率接近70%，爆破侧边坡稳定且基本达到成型条件。

基坑底部根脚岩石较多与砾岩施钻难度大、设计药量保守、基岩下层胶结硬度大有关。

基坑清底后，红砂砾岩基岩出露近四千平方米，实际推翻了原地勘单位“孤石”错误结论，基岩岩性与砂金坪、桑园子、夏官营一带大面积出露岩床地质构成相符。

参考文献

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[2] [2]中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.岩土锚杆与喷射混凝土支护工程技术规范（GB50086-2015） [S].北京：中国计划出版社. 2015

[3] [3]高尔新.杨仁树.爆破工程[M].徐州：中国矿业大学出版社 1999

[4] [4]丁乐.江州下伏基岩深基坑爆破对紧邻建（构）筑物安全性影响研究 [J]. 中南大学季刊.2013

[5] [5]璩世杰.爆破理论与技术基础 [M]. 北京：冶金工业出版社 2016

[6] [6]余文远 张华辉.地下开采浅孔爆破落矿大块控制技术及应用. [J].黄金.2018.（2018）2-0039-0042

[7] [7]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.爆破安全规程（GB6722-2014） [S].北京：中国标准出版社. 2014

[8] [8]中华人民共和国住房和城乡建设部.危险性较大的分部分项工程安全管理规定（中华人民共和国住房和城乡建设部令第37号） [S].北京.2018

[9] [9]中華人民共和国建设部，中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.民用爆炸物品工程设计安全标准（GB50089-2018） [S].北京：中国计划出版社. 2018

[10] [10]高文蛟 陈学习.爆破工程及其安全技术 [M]. 北京：煤炭工业出版社 2011

[11] [11]郭国华.爆破采矿法在降低大块矿石发生率的应用分析. [J]. SILICON VALLEY.2014.（2014）11-0077-0078

[12] [12]胡鑫 董金敏 闫大洋 吴国强 .浅孔爆破技术在复杂环境下场地平整工程的应用. [J].现代矿业.2014.（2014）4-0170-0172