超大直徑筒倉墩基石方爆破與復雜地基處理

黨國平

（山西西山金信建筑有限公司，山西 太原 030200）

1 工程概況

山西焦煤西山煤電集團公司杜兒坪礦儲配煤系統改造工程新建原煤倉，工程主要包括3座內徑為27 m的原煤筒倉，倉間軸線間距為3 m，筒倉內徑為27 m，倉體高度51.4 m（地面以上），存煤高度為40.3 m，單倉儲煤能力為20 kt，倉壁厚為400 mm，筒壁厚為500 mm，由筒倉結構、倉上結構、倉間結構、倉邊結構組成?；A為人工挖孔灌注墩基礎（武漢設計院設計應用名稱），主體為后張法無黏結預應力鋼筋混凝土圓形筒倉結構和框架結構；礦區位于呂梁山脈東翼，屬低中山地區。區內山高坡陡，溝谷深切，多呈V字形；緩坡及低山地區有黃土零星分布，陡坡巖石裸露，溝底多巨石砂礫。筒倉區為杜兒坪礦1#煤庫，位于溝谷邊緣地段，其北側為選矸車間和機修車間，東側為鍋爐房，南側為西山礦區煤炭鐵路專用線，西側為杜兒坪礦2#煤庫，場地地貌單元屬于低中山溝谷邊緣區，從1954年建礦以來，整個場地經過多次平整，原始地貌變化極大；煤倉所在地總體為溝谷邊緣區，其東、西、南三面為溝谷低洼地段，場地地表因回填土及堆煤起伏較大。在這樣的場地上進行3個超大直徑筒倉施工面臨兩個施工難題：①場地巖石土方量大，施工過程中需要爆破施工，而且爆破環境復雜，這對場地爆破的安全控制提出了嚴峻的考驗；②根據建筑場地地質勘察報告，地質情況比較復雜，墩基深度不一，不可預料因素較多，局部需要進行加固，否則基礎施工完畢容易出現嚴重的不均勻沉降，從而造成不可挽救的損失。

2 方案選擇

2.1 墩基井孔內石方控制性爆破

新建原煤倉設計為人工挖孔灌注墩基礎，單倉設計為16個墩基礎，其中，筒倉筒壁周邊設計為12個人工挖孔灌注墩基礎，墩身直徑為1 600 mm，單墩承載力為2 600 t；內框架為4個人工挖孔灌注墩基礎，墩身直徑為2 400 mm，單墩承載力為5 600 t；設計要求墩端持力層為均勻完整的中風化石灰巖；墩基孔人工開挖后，發現地質情況比地質勘探報告描述地質情況復雜，且墩端土質為中分化石灰巖夾泥（非完整巖石），機械開挖施工難度較大而且土質不適合做墩基端部持力層，須繼續加深至找到完整的中分化石灰巖，經項目部研究決定，墩基礎挖孔采用孔內控制性爆破與人工開挖的辦法進行施工：先在孔內進行控制性爆破后，將墩基孔內巖石爆破松動后，再人工配合機械進行開挖。

2.2 復雜地基處理與基礎結構補強

新建原煤倉3#倉內框架墩基礎在開挖過程中，地質情況比較復雜，開挖深度約達到40 m，在孔深中部有2 m左右較好的巖石層，其他部位均未發現完整的分化巖石，為了降低施工風險，減少施工安全隱患，滿足墩基深度與相鄰墩基間距的關系要求的同時，滿足基礎承載力的需要，與有關部門研究決定：對該部位地基進行處理，上部結構進行結構調整，來滿足設計結構要求；有關地基處理和結構調整措施為：①在墩基孔中上部比較完整的巖石頂部增加一次擴底，擴底尺寸同原設計；②利用后注漿技術，對該墩基端部和墩身表面土質進行固化處理，從而達到地基補強加固效果；③墩基頂部與上層結構之間增設鋼筋混凝土結構斜撐，將該墩基的荷載進行分載，減少上部結構給墩基傳遞的荷載。

3 墩基井孔內石方控制性爆破

根據該工程地質勘查報告和現場實際開挖情況，墩基井孔穿過的巖石主要為石灰巖，一般堅固性系數為f=6～8，部分堅固性系數達到f=8～10；爆破區域北側為邊坡，山體邊坡很不穩定，邊坡上面是人行馬路；西側距原有運煤皮帶走廊10 m；東側25 m處為施工單位辦公平房；南側距臨時工房約70 m。爆區四周環境較為復雜。結合爆破振動的理論計算和綜合考慮對爆破地震、飛石、明火等不安全因素的控制。

3.1 爆破設計原則和方案

根據四周環境、地質條件和爆破安全，選擇爆破危害小的爆破方案，選擇合理的爆破參數。同時考慮整體爆破效果，保證石方破碎程度，盡可能減少大塊率，便于人工清方。爆破既要將墩基孔內的巖石充分松動破碎，又要嚴格控制爆破飛石和爆破地震，確保爆破安全，本爆破設計決定采用淺孔控制爆破方案：即采用孔深1.0 m以下的淺孔控制爆破方案，爆破順序與挖孔順序相結合，采取隔根爆破的順序進行施工。

3.2 爆破參數的確定

3.2.1 單位炸藥消耗量q

根據現場地質條件和巖石的實際情況，結合以往爆破經驗和工程類比的方法，確定單位炸藥消耗量q＝1.8-2.5 kg/m3。為了測試單位耗藥量的準確性，在正式爆破之前應進行試爆，以確定最終單位耗藥量。

3.2.2 淺孔爆破參數設計

孔徑ф和孔深L：炮孔直徑為ф=40 mm。根據最小爆破震動和開挖效果要求，炮孔深度為L=0.8～1.0 m。見表1。

表1 淺孔爆破參數表

3.3 炸藥與起爆

本次淺孔爆破采用乳化炸藥。起爆器的能量要求流經每個電雷管的電流不小于2.5 A。

3.4 爆破安全要求

為了減少爆破地震對相鄰墩基地基和周邊建筑物基礎的危害，本次爆破采用毫秒微差爆破技術加以控制，減少單段爆破的藥量，同時利用應力波相互干涉，以減弱爆破震動峰值和振速。爆破時將爆破點與被保護建筑距離控制在30 m以內。

4 復雜地基處理與基礎結構補強

4.1 多盤樁技術

根據端承摩察墩的特點，充分利用墩基孔深中部2 m厚左右較好的巖石層作為墩基持力層的一部分進行測算，在該巖石層頂部增加一次擴底（擴底尺寸同端部尺寸），墩身分兩次澆注成型，混凝土接槎部位按照施工縫要求進行處理，保證墩身混凝土完整，以提高墩基的承載能力。

4.2 墩端及墩身后注漿技術

墩端及墩身后注漿技術是在人工挖孔灌注墩成墩、墩身混凝土達到預定強度后，采用高壓注漿泵通過預埋注漿管注入水泥漿液或水泥與其他材料的混合漿液，漿液滲透到疏松的墩端虛尖和巖石的縫隙中，結合形成強度較高的混凝土。隨著注漿量的增加，水泥漿液不斷向由于受泥漿浸泡而松軟的墩端持力層中滲透，在墩端形成“梨形體”，增加了墩端的承壓面積。當“梨形體”不斷增大時,滲透能力受到周圍致密土層的限制，使壓力不斷升高，對墩端土層進行擠壓、密實、充填、固集，將使墩底沉渣、墩端受到擾動的持力層得到有效的加固或壓密，使墩土間界面的幾何和力學條件得以改善，提高了墩端土體的承載力，從而大幅度提高了單墩承載力。

新建原煤倉3#倉內框架墩基礎DJ3-11，墩基成孔后約30 m深均為巖石層，但巖石不完整，為巖石夾泥層，夾層厚度5~50 mm不等，為了提高巖石夾泥層的承載力，在墩基澆注混凝土前，在鋼筋籠外表面預埋6×33.5×3.25 mm的鍍鋅鋼管，提前將鋼管端部壓扁，在端部3 m范圍內梅花形鉆孔，孔徑為3~8 mm間距為150~200 mm，鉆孔部位及端部用內車胎捆綁后進行混凝土澆注；為了防止混凝土漿液堵塞鋼管，在墩基端部干鋪300 mm厚的碎石層，便于后注漿施工。

注漿壓力控制在3 MPa左右，注漿壓力可以根據注漿量和注漿情況適當調整。

4.3 墩基頂部結構調整

新建原煤倉3#倉內框架墩基礎DJ3-11墩基承臺頂部縱橫方向與上層結構之間增設鋼筋混凝土結構斜撐，斜撐的截面尺寸為500×500 mm；將該墩基的荷載進行分載，減少上部結構給墩基傳遞的荷載。

4.4 施工及驗收

本工程墩基井孔石方爆破共60根墩基，其中新建原煤倉48根；墩基表面后注漿5根，其中新建原煤倉1根；施工歷時5個月，墩基礎施工完畢，采用小應變試驗及混凝土28天抗壓強度報告顯示滿足設計要求。

4.5 沉降觀測

基礎施工完畢，根據《工程測量規范》GB50026—2007及中煤國際工程集團武漢設計研究院設計圖紙要求，對新建原煤倉倉體進行裝煤沉降觀測試驗。每個倉沿倉體外表面均勻設置4個沉降觀測點，分別在開始滑模、主體工程施工完畢、1/3裝煤、2/3裝煤、倉體裝滿煤進行沉降觀測，從觀測數據分析，倉體有整體沉降現象，沉降不明顯，滿足規范要求。

[1]鄭力銘.后澆帶堵漏補強施工方案[J]廣東建材，2010，（06）.

[2]黃生根，龔維明.鉆孔灌注樁后壓漿的承載性能研究，巖土力學[J]2004，8.

[3]許靜奮，朱志龍.地下室后澆帶堵漏補強施工技術[J]山西建筑，2008，（18）.