入巖控制爆破技術在鐵路橋梁挖孔樁中的應用

張 磊

近年來，高速鐵路大規模的發展，使得橋墩基孔開挖工程日益增多。常見的施工方法有沖擊，回轉形成的正、反循環鉆機機械成孔，人工爆破開挖等。它們在施工難易程度、工期要求、經濟性、安全及適宜的地層條件方面各有特點。人工挖孔樁基礎由于施工方法簡單、操作簡便、機械設備簡單、施工效率高，在工程中運用較多，同時為提高基礎的承載力，設計時將基礎的持力層設置在巖石的中～微風化巖層，在開始進入巖石進行施工時，最常采用的施工方法是鉆爆法。

1 工程概況

青白石1號大橋是蘭渝鐵路在蘭州的控制性工程，六線總長293 m，地質地形比較復雜，緊鄰既有線，共需施工143根樁，設計樁長8 m～30 m，樁徑1000 mm～1250 mm，地質資料顯示樁基主要通過砂質黃土，進入花崗巖持力層，無基巖裂隙水和地下滲水。

2 橋基礎施工方案的選擇

橋墩樁基礎原設計為鉆孔灌注樁基礎，進場后由于底層巖石較厚，用鉆孔灌注法成孔會導致鉆頭、孔斜等事故，成孔難度大，而且工期緊張，因此，決定采用施工方法簡單、操作簡便、機械設備簡單、施工效率高的人工挖孔成樁技術。人工挖孔成樁的難點在于樁端入巖時的控制爆破。

3 入巖控制爆破方案的確定

人工挖孔樁入巖爆破施工時，自由面狹小、作業面較深、巖石的夾制力較大，中風化層以上地段成孔時，受黃土層、卵石層的影響，有些地段護壁抗震能力小。所以孔樁入巖爆破宜采用小直徑淺孔微差爆破。

3.1 爆破參數的確定

樁基入巖爆破參數不同于自由面較大的隧道爆破參數，但可參照礦山豎井掘進時的一些爆破參數。其實際值應根據所爆破的孔樁直徑、巖石的物理力學性能、巖石的風化程度、巖石的結構組分、內聚力、裂隙，特別是巖石的變形性及其動力特性，以及所用炸藥的性能來確定。

1)單位用藥量系數。孔樁入巖爆破的巖石為中～微風化，孔樁直徑為1000 mm～1250 mm，周邊對所爆破巖石的約束力大。根據蘭州地區孔樁工程入巖的爆破參數類比、修正，得出單位用藥量系數K(見表1)。2)炮眼間距。孔樁入巖采用手持式氣動鑿巖機鉆眼，炮眼直徑d=32 mm ～42 mm，即 a=(15～20)d，a=500 mm～800 mm。3)炮眼深度與循環進尺。在小直徑孔樁入巖爆破中，巖石的周邊夾制力大，炮眼利用率低。炮眼深度L取孔樁直徑 D 的0.6倍 ～0.8 倍，即 L=(0.6 ～0.8)D，L=600 mm ～1000 mm。其中掏槽眼應比周邊眼加深100 mm～200 mm。在蘭州地區，孔樁控制爆破炮眼利用率η一般可以達到85%～95%，則循環進尺 L'=ηL=(0.85 ～0.95)L。

表1 蘭州地區單位用藥量系數K表

3.2 炮眼布置

在小直徑孔樁爆破中，工作面通常按掏槽眼3個～4個，周邊眼7個～13個進行布置。其中掏槽眼按照錐形布置，傾角10°～15°;周邊眼多用垂直眼，距孔樁護壁100 mm～200 mm均勻布置，以保證孔樁圍巖的穩定性及避免超挖。根據現場地質情況，掏槽眼布置4個，錐形布置，傾角取為15°，周邊眼布置12個，垂直眼，均布于孔樁周圍，見圖1。

圖1 普通入巖掘進炮眼布置圖

3.3 裝藥量計算

1)每循環進尺所需用藥量Q=KDL。其中，Q為每循環進尺用藥量，g;K為單位用藥量系數，g/m3，見表1;D為孔樁掘進直徑，m;L為炮眼的平均深度，m。現場的地質情況以中～微風化的花崗巖為主，因此 K=2000 g/m3～2400 g/m3，D=1000 mm ～1250 mm，L=600 mm ～1000 mm，因此得到Q=1200 g～3000 g，具體每個循環進尺需用量應根據實際情況取。2)單孔理論裝藥量q=Q/N。其中，q為單孔理論裝藥量，g;Q為每循環進尺用藥量，g;N為工作面炮眼數量，個。根據公式可得，現場單孔理論裝藥量q=100 g～250 g。3)裝藥量的分配。一般情況下，掏槽眼的藥量qt比周邊眼藥量qb多裝20%～25%的炸藥。qt=(1.2～1.25)q，qb=(0.85 －0.95)q。其中，qt為掏槽眼裝藥量，g;qb為周邊眼裝藥量，g。

3.4 爆破器材選型

1)炸藥。人工挖孔樁入巖段爆破施工總是存在巖層裂隙水及成孔護壁時下滴的滲水，因此選用防水性好的炸藥，另外為了保證成孔護壁在爆破施工中的穩定性，應選用爆炸威力適中的炸藥。現場選取巖石乳化炸藥，其抗水性好、藥卷易于分割、威力適中。2)雷管。孔樁掘進爆破使用電雷管網絡，禁止使用導火索、火雷管起爆網絡。電雷管起爆網絡的接頭一定要有良好的絕緣性，接點應離開泥水面。同時，為取得較好的爆破效果，保護護壁的穩定性，選用微差爆破使用的秒延期雷管，周邊眼滯后掏槽眼起爆0.1 s以上。3)起爆器。孔樁爆破每次起爆的雷管都在20發左右，因此要求起爆器體積小，便于攜帶，結構組成簡單，因此可選用MFJ-100國產電容起爆器，它的串聯起爆能力可達100發，充電時間7 s～10 s，供電時間3 ms～6 ms，電源1號電池4節。

4 安全技術措施

采用炸藥進行入巖爆破，具有相當大的危險性，一旦處理不好，就會造成安全事故，因此，在孔樁控制爆破時，必須要采取相關的技術措施，以保證爆破工程的安全性，主要技術措施有:

1)爆破地震控制措施。孔樁入巖爆破對本樁及臨近孔樁的臨時支護和已澆筑的樁芯混凝土都可能產生影響，孔樁護壁一般采用早期強度高、成型好的C25鋼筋混凝土護壁，一般情況下護壁混凝土澆筑3 d后，可進行爆破施工而不至震壞護壁支護。同時不應在已澆筑樁芯混凝土，但樁芯混凝土未達到齡期的孔樁的20 m范圍內進行孔樁爆破作業，以免震裂沒有達到設計強度的樁芯混凝土。2)爆破飛石的控制措施。孔樁爆破工作面均在地表以下5 m以外，在爆破孔樁口用竹笆或木模板覆蓋，并加壓砂袋，以防止爆破飛石飛出地面。3)爆破炮煙的排除措施。炸藥爆破之后產生的炮煙均為有毒有害氣體，必須進行機械性強制通風排煙，施工現場可利用鼓風機在井口進行壓入式通風排煙，或采用空壓機風管在井底通風排煙。通風排煙的時間以清除工作面炮煙為準。4)爆破防漏電措施。孔樁入巖爆破在裝藥時，應特別注意防漏電，在裝藥前孔樁內所有的電器設備應提升至地面。在裝藥時，雷管的腳線應短接，連接爆破母線時應保證接頭良好的絕緣性，嚴禁拖地接觸泥水，雷雨天氣應停止爆破作業。5)瞎炮的處理。在孔樁爆破作業完成、清除孔樁內炮煙后，檢查人員應下到工作面檢查瞎炮情況，并及時按爆破規程進行處理。另外在清渣時發現瞎炮，應及時報告項目部安排專業人員處理，禁止非專業人員私下處理。

5 施工效果評價

青白石1號大橋的143根樁在采用入巖控制爆破技術進行人工挖孔成樁的方案后，入巖8 m～30 m，40 d內完成了全部樁基施工任務，比預計工期提前了近10 d，期間沒有發生任何安全事故，護壁超挖量小、炮眼利用率達到近100%。其安全性高、進度快，取得了良好的社會和經濟效益。

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