控制爆破在人工挖孔樁中的應用

黃 涌 周思全

(1.湖北省路橋集團有限公司，湖北 武漢 430056； 2.武漢天興洲道橋投資開發有限公司，湖北 武漢 430011)

1 工程概況

后河大橋位于湖北省丹江口市習家店鎮，橋梁所在的地貌單元為武當山脈與大橫山脈過渡地帶。跨徑布置采用(2×30)m預應力混凝土連續T梁+(67+120+67)m預應力混凝土連續剛構箱梁。

后河大橋0號臺為重力式U型橋臺，1號～4號及5號臺為人工挖孔灌注樁，地面往下分別為碎石土、中風化云母石英片巖和中風化綠泥石英片巖。由于橋梁所處地形復雜，地勢高低不平，大型機械鉆孔設備無法進場，因而對挖孔樁采用爆破開挖。

2 主要爆破參數設計

2.1 巖土參數

1)巖土類別：六類土。

該處中風化綠泥石英片巖單軸天然抗壓強度一般為30 MPa～47 MPa，單軸飽和抗壓強度20 MPa～37 MPa，干密度2.76 g/cm3～2.84 g/cm3，由于軟化系數(單軸天然抗壓強度與單軸飽和抗壓強度的比值)0.67～0.78及堅實系數f(為與爆破條件一致，堅實系數取單軸天然抗壓強度的1/10)在3.0～4.7之間，可以定為較軟巖(軟化系數≤0.75[1]，堅實系數f在1.5～4.0之間，見表1)，但為達到更好的爆破效果巖土類別取用高一級別的六類土次堅石。

表1 土的類別表(五類土與六類土)[2]

2)開挖斷面形式：圓形。

3)開挖斷面面積S(m2)：S=π(D/2)2=3.14×(2/2)2=3.14 m2(D為2 m樁直徑)。

4)爆破處自由面系數m=1。由于人工挖孔樁開挖斷面上只有一個面與空氣接觸，那么其自由面系數為1。

2.2 普通破碎孔參數

1)掏槽孔布置形式：單空孔菱形。以空孔為圓心，半徑為150 mm，均勻布置4個掏槽孔，見圖1。

2)掏槽孔個數N=4。

3)炮孔直徑d(mm)：采用Y20手持式鑿巖機鉆孔直徑d=40 mm。

4)鉆孔深度L(m)：0.8 m。鉆孔深度是炮眼孔口到眼底的垂直距離。鉆孔深度應與鉆孔和出渣能力相匹配，而且使挖孔樁每米掘進消耗的時間最少。鉆孔深度受開挖斷面的影響，鉆孔深度不能過大，所以最大鉆孔深度L取開挖面寬度B=2 m的0.5倍～0.7倍，L=(0.5～0.7)B=1 m(取最小系數0.5),同時為便于裝藥及堵塞操作順利進行，實際工程中鉆孔深度L≥0.8 m。

5)炮孔利用率μ=爆破后的實際深度/鉆孔深度L=0.9。

2.3 周邊光面孔參數

1)最小抵抗線W(m)=(10～20)d=15×0.04=0.6 m。最小抵抗線偏大時，會使巖塊過大；偏小時又會使爆渣過小，既浪費爆破器材，又難以清運[3]。

2)孔距a(m)=(0.75～0.9)W=0.825×0.6=0.5 m。裂隙發育、巖質軟弱且質量要求高者取小值,這里系數取中值0.825。

3)不耦合系數Dr=1.25(炮孔直徑比上藥卷直徑)。

2.4 炸藥相關參數

1)炸藥類型:2號巖石硝銨炸藥，規格φ32 mm×200 mm-200 g。

2)單位耗藥量q(kg/m3)。按表2取1.85 kg/m3。

表2 爆破巖土單位體積炸藥消耗量系數 kg/m3

3)裝藥密度Δ=1.1 g/cm3。

4)炮孔裝藥影響系數β=0.7。

5)堵塞系數u=1。實際堵塞長度與計算堵塞長度的比值。隨著u值的降低所需要的炸藥量顯著增加，u=0，即為露天平面爆破。因此應盡量保證堵塞長度，以充分發揮炸藥的功效。

6)暴力換算系數e=1.0。以2號巖石硝銨炸藥為基準，取1.0。

7)炮孔裝藥系數α=0.33。其值為裝藥長度比上炮眼長度見表3。

表3 炮孔裝藥系數α值

2.5 炸藥用量計算

1)單位耗藥量修正計算:

q0=equm=1×1.85×1×1=1.85 kg/m3。

2)每排炮進尺裝填炸藥量計算:

Q=q0LSμ=1.85×0.8×3.14×0.9=4.18 kg[4]。

3)理論單孔裝藥量：

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

4)工作面炮孔數目確定:

N=每排炮藥量Q/單孔裝藥量q單=4.18/0.2=21。

根據類似爆破項目的經驗布置炮孔，在保證炮孔高利用率、挖孔樁孔壁達到設計尺寸、炮渣均勻的前提下[4]，為均勻布置炮孔數目取24個。

5)掏槽孔炸藥用量計算:

qcut=(1.15～1.25)Q/N，取最大系數值1.25計算得，qcut=1.25Q/N=0.22 kg，折合1.1卷，采取1.25卷。

6)周邊孔炸藥用量計算:

qp=Q/N，取標準值計算得，qp=4.18/24=0.17 kg，折合0.85卷，采用1卷。

7)輔助眼炸藥用量計算:

qf=0.85Q/N，取0.85系數值計算得:qf=0.85×4.18/24=0.15 kg，折合0.75卷，采取1卷。

8)實際炸藥總用量計算：

周邊孔數Np=c/a=6.28/0.5=13，為均勻布置取12個；

輔助眼孔數Nf=(N-Ncut-Np)=(24-4-12)=8；

實際炸藥總用量：Q實=qcutNcut+qpNp+qfNf=1.25×0.20×4+1×0.20×12+1×0.20×8=5 kg。

3 裝藥堵塞

3.1 裝藥

掏槽眼、輔助眼采用小直徑連續裝藥結構，而挖孔樁對爆破面不比隧道要求高，周邊眼在這樣的情況下采取小直徑連續裝藥結構，減少鉆眼數量，見表4,圖2和圖3。

表4 挖孔樁炸藥分配表

注：空孔1個，中心布置，不裝藥。

掏槽眼4個，內圈半徑150 mm，每孔間距212 mm，采取1段非電毫秒雷管。

輔助眼8個，內圈半徑550 mm，每孔間距421 mm，采取5段非電毫秒雷管。

周邊眼12個，外圈半徑100 mm，每孔間距492 mm，采取7段非電毫秒雷管。

3.2 堵塞

炮孔裝藥后需堵塞，其材料應有不透氣、可塑性、大摩擦力等性能，常用泡泥(黏土和砂的混合物制成)或塑料水袋進行堵塞[5]。堵塞長度見表5。

表5 挖孔樁爆破參數表

4 爆破網絡設計

為了達到預期的效果，采取分段起爆，起爆先后為：掏槽眼→輔助眼→周邊眼，孔中采取毫秒級非電雷管(見表5)，并聯網絡。

5 爆破效果與經濟效益

5.1 爆破效果

1)爆渣大小基本一致，有利于清運且節約時間。

2)減少超挖，進而減少護壁投入，降低造價。

3)巖面平整，減少后期修整費用。

5.2 經濟效益

1)節省時間。減少鉆眼數目、裝藥數量，同時縮短清渣時間。

2)節省材料。減少超挖、護壁的混凝土回填量和鋼筋用量及爆破器材的使用量。

6 結語

經過現場爆破驗證，對于同類小工程，采用控制爆破，達到預期效果，產生了一定效益。

[1] GB 50021—2001,巖土工程勘察規范[S].

[2] 《建筑施工手冊》編委會.建筑施工手冊[M].第5版.北京：中國建筑工業出版社,2011:165.

[3] 袁志平.控制爆破在濟南鐵路橋深基礎樁中的應用[J].黑龍江交通科技,2011(6):134.

[4] 宗 琦,謝長亮.關于巖巷掘進工作面炮眼布置數目的確定[J].煤礦爆破,2000,51(4):4.

[5] 薛 剛.淺談公路隧道施工爆破措施[J].科學之友,2011(5):36-37.