城鎮密集居民區挖孔樁控制爆破與危害防治

李雷明

0 引言

橋梁挖孔樁爆破施工時，爆破所帶來的震動、噪聲、飛石等危害對周圍環境有一定影響，尤其進行上述施工時影響更大，如何使爆破安全危害降到最低，保障附近建筑物和人民群眾的生產生活安全是在城鎮施工中首要重視的問題。通過工程實例實踐的證明，爆破危害可以控制，爆破影響可以檢測，只要選擇科學的爆破參數和合理的安全防護，城鎮中挖孔樁爆破作業時完全可以安全進行。

1 工程概況及周圍環境

1.1 樁基工程及地質概況

七口特大橋位于向莆鐵路福建段FJ-3A標內，起止里程為DK396+352.65～DK396+947.76，橋梁地處山區，樁基礎一部分設計為嵌巖樁，另一部分設計為摩擦樁，設計樁徑1.0 m～2.0 m，設計樁長9 m～38 m，各類樁基總數178根，根據勘查設計資料顯示本橋樁基穿越地質主要為全、強、弱風化砂巖和花崗巖，表層主要為土層和硬塑粘土層，各巖層承載力在150 kPa～1 000 kPa之間，為保證施工進度除河道內的橋梁樁基以外全部采用挖孔樁施工。

1.2 周圍環境

七口特大橋位于尤溪縣西城鎮駐地，交通繁忙，居民密集，建筑物多為磚混和鋼筋混凝土框架結構，個別有土木結構，距離爆心的最近框架房僅10 m、磚混房12 m、普通土木房15 m、破舊土木房20 m，爆破條件十分苛刻。

2 爆破方案設計

2.1 施工方法

本橋梁挖孔樁多地處上軟下硬地層中，地表以下約2 m～4 m段一般為土層，可采用人工配合風鎬開挖，下部由于硬巖強度增大，須采用鉆爆法開挖，結合工程實際情況，擬采用技術進行控制爆破。

2.2 控制爆破方案

豎向掘進的淺孔光面松動爆破的炮眼孔徑d=42 mm，掘進眼深70 cm;周邊眼深50 cm，周邊眼外插角5°左右，炮泥堵塞長度ls≥30 cm，以φ1 250mm，φ1 500mm，φ2 000mm樁為例進行設計。

2.2.1 φ1 250 mm人工挖孔樁

炮眼布置見圖1。鉆爆參數如表1所示。

表1 φ1 250 mm挖孔樁鉆爆參數

2.2.2 φ1 500 mm人工挖孔樁

炮眼布置見圖2。鉆爆參數如表2所示。

表2 φ1 500 mm挖孔樁鉆爆參數

2.2.3 φ2 000 mm人工挖孔樁

炮眼布置見圖3。鉆爆參數如表3所示。

表3 φ2 000 mm挖孔樁鉆爆參數

2.3 爆破器材及爆破網絡

考慮本地地處南方，地下水豐富的特點，擬采用抗水性能好的乳膠炸藥(φ32 mm)和目前安全性能最好(雜散電流無影響)的塑料導爆管非毫秒雷管起爆。整個起爆網絡采用簇聯方式聯結。并用塑料導爆管、接力雷管將起爆雷管引至地表，然后用一個8號火雷管在地表引爆(見圖4)。

2.4 爆破工藝的控制

1 )掏槽眼比其他炮孔超深0.2 m～0.3 m;炮眼方向:在巖層層理明顯時，應盡量垂直于巖層的層理面;若使用直眼掏槽可根據實際情況調整空眼數量，楔形掏槽需控制鉆眼角度;動態調整掏槽眼數量，間距及裝藥量;2)輔助眼均勻布置在掏槽眼與周邊眼之間，鉆眼方向垂直于工作面;3)周邊眼:提高鉆眼精度，控制外插角度;合理確定光爆層厚度，動態調整炮孔個數及裝藥量，采取間隔裝藥;4)輔助眼及周邊眼眼底落于同一平面，便于形成平整的爆破面。

3 爆破設計安全校核

3.1 爆破震動安全距離檢算

根據GB 6722-2003爆破安全規程爆破震動安全允許距離，可按下式計算:

其中，R為爆破震動安全允許距離，m;Q為炸藥量，齊發爆破為總藥量，延時爆破為最大一段藥量，kg;V為保護對象所在地質點震動安全允許速度，cm/s;K，a分別為與爆破點至計算保護對象間的地形、地質條件有關的系數和衰減指數，可按表4選取。

表4 爆區不同巖性的K，a值

群藥包爆破，各藥包Re至保護目標的距離差值超過平均距離的10%時，用等效距離和等效等藥量Qe分別代替R和Q值。Re和Qe的計算采用加權平均值法。

在《爆破安全規程》中，對各類建筑物所允許的安全振動速度有如下規定:

1 )土窖洞，土胚房，毛石房屋1.0 cm/s～1.5 cm/s;2)一般磚房，非抗震的大型砌塊建筑物2.0 cm/s～3.0 cm/s;3)鋼筋混凝土結構房屋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。

實際應用時，每個工程都要結合工程的具體情況，作出相應的安全規定。如建筑物的質點峰值振動速度安全控制標準:

1 )較堅固的建筑(如磚混)小于2.5 cm/s;2)一般建筑物小于1.5 cm/s;3)陳舊房屋小于0.8 cm/s;4)隧道Ⅲ類圍巖小于3 cm/s，Ⅳ類圍巖小于5 cm/s～6 cm/s。

對于居民稠密的城鎮，為避免爆破震動及噪聲對居民產生不安和恐懼，一般振動速度應控制在1.5 cm/s以下，而且應盡量在白天進行爆破。根據七口特大橋現場周邊建筑物情況，主要有普通土木房(土坯)、普通磚房(非抗震的大型砌塊建筑物)以及鋼筋混凝土結構房屋。因此按V=1.5 cm/s校核居民一般建筑，按V=2.5 cm/s校核磚混結構，按V=0.8 cm/s校核陳舊房屋;K取250，a取1.9;φ1 250Q，φ1 500Q，φ2 000Q，Q皆為0.3 kg。

經計算表明:

1)該方案的爆破震動影響對于距爆點13.77 m以外的陳舊房屋是安全的;2)該方案的爆破震動影響對于距爆點9.9 m以外的一般房屋建筑是安全的;3)該方案的爆破震動影響對于距爆點7.6 m以外的磚混結構建筑是安全的;4)該方案的爆破震動影響對于距爆點6.9 m以外的鋼筋混凝土結構建筑是安全的;5)該方案的爆破噪聲影響對于距爆點9.9 m以外的居民是安全的。

3.2 爆破沖擊波安全檢算

空氣沖擊波對在掩體內避炮作業人員的安全允許距離:

其中，Rk為空氣沖擊波對掩體內人員的最小允許距離，m;Q為一次爆破的炸藥量，秒延時爆破取最大分段藥量計算，毫秒延時爆破按一次爆破的總藥量計算，kg。

經計算:Rk=16.7 m，表明在距裸露爆破點正上方16.7 m遠的區域爆破沖擊波對人員是安全的，同時因挖孔樁作業時在孔內作業，孔壁對沖擊波起了極大衰減作用，可乘以0.1～0.25安全系數，因此，挖孔爆破沖擊波對于在挖孔爆破側面4 m遠的人員是安全的。

4 降低爆破安全危害因素的主要措施

4.1 警戒

實施爆破施工時，在井口附近設置警戒區。由于井口封蓋嚴格，警戒距離定為10 m。放炮前，所有人員都必須撤至指定的地點，用口哨警告和小紅旗作為安全警戒標志，爆破后仍采用口哨解除警戒，恢復正常。

4.2 爆破震動和噪聲的控制

根據經驗，降低爆破震動和噪聲最經濟、最有效的辦法是增加分段數、減小最大單爆藥量，當采用毫秒導爆管雷管跳段設置，根據現場情況調整，考慮到分段太多操作人員可能混裝，建議所使用的段別不宜超過15段，其他方法還可采用如:選用低威力低爆速的炸藥和不耦合裝藥，限制一次爆破的最大藥量，選用適當的炸藥單耗，選擇適當的裝藥結構，開挖減震溝，減弱爆破震動傳播影響等。

為確保附近居民和商業樓的安全，對爆破產生的震動和噪聲要嚴格控制，為此須嚴格控制同時起爆的藥量，并在爆破初期進行爆破震動安全監測。

4.3 爆破飛石控制

造成孔口飛石有兩個原因:1)堵塞不嚴，產生沖炮并帶出孔口松動石塊;2)裝藥過多，堵塞長度不夠，使孔口石塊飛出。為確保爆破巖石不飛出孔外，需認真做好防護工作。先將挖孔樁孔口以鋼筋網覆蓋，然后在上面堆壓砂袋，做到絕對安全。鋼筋離孔口護壁頂30 cm，覆蓋的砂袋邊緣超出孔口護壁邊不小于30 cm。

樁井深不足10 m時，井口應作重點覆蓋防護;井深超過10 m時，則作一般防護，重點防護的方法有:

1 )井口放置土袋，上覆鋼筋網蓋住開口，但周邊要留有足夠的氣體擴散孔;2)在鐵板上放置砂包，使鋼筋網不會被爆炸沖擊波掀起;3)在整個墩搭設防護棚排架。

目前《爆破安全規程》對樁孔爆破沒有劃定安全距離，只是提到“由設計定”，在此建議樁井口和炮孔孔口經過嚴密防護后，對飛石的安全距離定為5 m。

4.4 爆破沖擊波控制

為了減少爆破沖擊波的破壞作用，可從兩方面采取措施:1)防止產生強烈的空氣沖擊波;2)利用各種條件來削弱已經產生了的空氣沖擊波。通過合理確定爆破參數，避免采用過大的最小抵抗線，防止產生沖天炮;避免裸露爆破;選擇合理的分段起爆方案和分段間隔時間，保證巖石能充分松動，消除夾制爆破條件;保證堵塞長度、堵塞質量和采用反向起爆，防止高壓氣體從孔口沖出;推廣導爆管或電雷管起爆。這些措施都能提高爆破時爆炸能量利用率，有效防止產生強烈空氣沖擊波。此外，井口搭設防護架，上部蓋砂包，側面留適當的泄氣口，也可有效減小沖擊波的危害。

5 安全注意事項

1 )所有人員培訓上崗，特殊人員持證上崗，嚴格施工方案落實，如有特殊情況進行調整，則必須通過程序報批;2)現場安全設施齊備、牢靠，施工中加強安全信息反饋。嚴格爆破器材管理，嚴格警戒設置崗哨制度，嚴禁非施工人員進入施工區域;3)對場地鄰近的建(構)筑物，施工前會同有關單位進行詳細檢查，并將建(構)筑物原有裂縫及特殊情況記錄備查，對可能危及的鄰房，事先采取加固措施;4)堅持每天固定時間爆破，堅持白天爆破，每次放炮前必須設專人負責放炮指揮和組織安全警戒工作，并應使全體職工和附近的居民，事先知道警戒范圍，警戒標志和聲響的意義，以及信號的方法和時間，確保人群疏散，并做好防護工作;5)做好爆后的安全檢查和處理，例如:危石、支護破壞和盲炮等現象，堅持對周圍環境設施的回訪排查。

6 結語

橋梁挖孔樁爆破施工尤其是小孔徑樁基施工炸藥單耗多，爆破差產生的震動、噪聲、沖擊波、飛石等危害大，對周圍環境影響大。城鎮居民區對上述危害要求很高，進行挖孔爆破作業時施工難度比較大，危害較難控制，但是通過調整爆破鉆孔布局、單孔裝藥量、雷管分段、一次起爆最大藥量等技術措施后，可以有效減少此類危害的產生，另一方面通過科學安全的防護措施后可以明顯地降低上述危害的效果，技術措施和安全措施的有效結合應用，實踐證明是一種技術性能可靠、經濟效益顯著的綜合處理手段，值得同類工程借鑒。