淺談膨脹劑在山區路基高邊坡靜態爆破施工中的應用

杜安矞

摘?要：介紹了在緊鄰居民區復雜周邊環境下路基高邊坡靜態開挖施工過程中，膨脹劑在整體性良好的灰色凝灰巖使用過程中的一般處理方式及注意事項。

關鍵詞：緊鄰居民區，復雜，高邊坡，靜態開挖，膨脹劑，處理方式

文章編號：2095-4085（）02-0009-03

1?引言

近年來，我國總體交通運輸基礎設施得到了快速發展。特別是公路建設，呈現超常規發展態勢。據統計分析，截止2000年末，公路通車里程140萬km， 比“八五”末期增加24.57萬km，增長21.2%，高速公路從無到有，達到1.63萬km，比“八五”末期增加1.42萬km，位列世界第二，且已基本形成網絡。按國內投資狀態分析，公路基本建設投資超過鐵路投資一倍之多。公路交通得到顯著改善。并且后續公路的建設將會更大程度的提上交通建設者們的日程。但是，快速的公路發展同樣面臨著多樣化的困難。在我國，國土地域遼闊，土地資源多樣化，山多地少是中國土地構成的顯著特點。

據粗略估算，山地、高原、丘陵的面積約占土地總面積的69%，且山地一般高差大，坡度陡，土層薄。并且我國人口分布廣泛，像南方地區，很多村鎮都緊挨山腳坐落。例如浙江省溫州市永嘉縣，素有“八山一水一分田”的說法，復雜的地理環境本身對于公路的建設就是一個不小的挑戰，而緊挨山體的居民區更是增加了挑戰的難度，在如此復雜的限制條件下，如何能在不影響居民區正常活動的情況下進行公路旁山體高邊坡的開挖，成為了交通建設者們新的挑戰。本文通過總結溫州市永嘉縣上塘至甌北公路工程項目ZK5+900-ZK6+140，YK6+030-YK6+172段高邊坡施工，針對高邊坡靜態開挖施工過程中所需考慮及注意的事項加以分析和總結，提出常見注意事項及控制方法，供后續高邊坡施工進行參考。

2?工程概況

上塘至甌北公路工程項目地處溫州市永嘉縣，起點位于上塘環城北路，經李家村、黃田新村、下白巖村、安豐村、終點位于甌北園區與104國道溫州西過境相接。主線起訖樁號為K0+000-K10+560，建設里程全長10.56km。設計采用雙向六車道一級公路技術標準，設計行車速度80km/h，路基寬32m。其中ZK5+900-ZK6+140段左側深挖路塹設計，長240m，四級邊坡，最大高度39m。YK6+030-YK6+172右側深挖路塹設計，長142m，三級邊坡，最大高度24.2m。其中一級采用機械開挖，靜態爆破+錨桿+厚材基層播綠化，二級采用機械開挖+系統錨桿+厚層基材噴播綠化，三級采用機械開挖+厚層基材噴播綠化，四級采用機械開挖+厚層基材噴播綠化。原設計采用光面爆破施工，但現場實際考察發現高邊坡位置緊鄰黃田街道下白巖村，居民較多且老年人超過總人口數量30%。如采用光面爆破施工，爆破飛石及振動對居民區有較大影響，因此項目部綜合考慮后決定部分山體采用“機械破碎+靜態開挖”方式進行施工。

3?路基高邊坡地質條件及靜態爆破方案選擇

ZK5+900-ZK6+140、YK6+030-YK6+172第二級（坡度1 ∶0.75，高度10m）第三級（坡度1 ∶0.75，高度10m）坡經探測巖質主要為中風化及微風化晶玻屑凝灰巖：灰色，凝灰質結構，塊狀構造，節理裂隙稍發育，巖芯較完整，多呈柱狀，塊狀，巖質堅硬，錘擊聲脆，開挖等級（Ⅴ）級。經赤平投影分析，節理②與節理③相交形成不利組合，有可能存在局部楔形滑動破壞。需爆破處理段主要集中于此處。經現場實際采用日立360破碎錘試驗，探測結果準確，不宜采用爆破開挖。因山體呈多角度斜坡形式，可利用工作面平整度較差，不宜采用巖石切割機（鋸片式）及金剛石串珠繩鋸施工，經項目部綜合考慮試驗后，決定采用“膨脹劑+機械破碎”方式進行施工。

4?膨脹劑靜態爆破施工

靜態爆破施工前，考慮到地質探測結果顯示節理②與節理③相交形成不利組合，有可能存在局部楔形滑動破壞，項目部先安排測量人員在邊坡處設置沉降及位移觀測點，全天候安排測量人員進行觀測對比，建立安全預警機制，如發現異常立即啟動應急預案。之后對預開挖坡面全風化表面土體進行挖除，直至裸露出巖體。采用高壓風槍對巖體表面散落石塊及浮土進行清理，避免豎向打孔時雜物流入孔內造成堵眼。本處高邊坡二級坡及三級坡設計坡比相同，不再分開論述。

4.1?鉆孔布眼

鉆孔前坡面已由挖機提前修整成有三個臨空面（自由面）的梯形形狀，在膨脹劑爆破施工過程中，臨空面越多，所需要豎向鉆孔面就越少，所產生的破石單位方量就越大，經濟效益隨之也更高。豎向鉆孔布眼時，鉆孔方向應盡可能與臨空面平行避免其垂直布置，因為孔徑大小與深度相同，膨脹劑所產生的膨脹力度也幾乎相同，那么在產生膨脹力擴散時需盡量保證擴散處巖體厚度相同，否則會導致巖體受力時鉆孔巖體較厚處破裂失敗，或是膨脹壓力逐漸向孔口處積蓄造成沖孔情況發生。

另一方面，孔距與排距是根據爆破巖體的巖石硬度隨實際情況變化而進行調整的，巖體物理硬度越大完整性越好，孔距與排距就越小，反之則可適當進行擴大調整，本項目在此處邊坡實際施工過程中，三級坡相鄰孔距35cm～38cm，排距32cm～34cm，二級坡相鄰孔距30cm～33cm，排距30cm～32cm。

鉆孔炮眼孔徑的大小，深度與巖體破碎效果有直接關系，孔徑過小，單體積膨脹劑裝藥量較小，膨脹力不足，不利于藥劑充分發揮效力。孔徑較大，膨脹力過大，除水平力外，豎向力也大，孔口處難以堵塞壓緊，容易造成沖孔現象。而在深度方面：孤立的巖石鉆孔深度為目標破碎深度的80%～90%，礦山荒料開采深度可打到6m左右，大體積巖石需要分部破碎的，鉆孔深度可根據施工要求選擇，一般在1m～2m較好，經現場實際操作后確定：鉆頭統一采用42mm鉆孔施工，二級坡鉆孔深度1.0m，三級坡鉆孔深度1.2m，裝藥深度為孔深的90%～100%。因膨脹劑遇水化學反應，而鉆孔采用的是水壓排漿形式，鉆孔完成后，鉆孔內積水和余渣必須用高壓氣槍吹洗干凈，且保持孔口處四周干凈無土石殘渣，避免裝藥過程中土石渣掉落造成堵孔現象。

4.2?膨脹劑施工原理

靜態破碎方法即利用巖石鉆孔內裝填破碎劑流體的水化反應，使晶體變形，產生體積膨脹，經過一定時間的物理化學作用后，在鉆孔周圍形成一定的壓力和環向拉應力。當其拉應力大于巖石所能承受的最大抗拉應力時，即在鉆孔周邊形成徑向裂縫，如一定距離內的相鄰周邊鉆孔內的破碎劑在此共同作用，則形成貫穿的徑向裂縫。

4.3?裝藥

項目在實際施工前，加水量按照22%～32%逐步遞增進行試驗，通過數據統計分析最終選定25%～27%加水量時，膨脹劑流動性及膨脹效果最為適宜。每次現場實際操作時，應提前通過玻璃瓶脹裂試驗進行膨脹劑檢測（即將調配好的膨脹劑裝入玻璃量筒中，在現場同等溫度條件下模擬試驗檢測經過反應膨脹劑是否能將玻璃量筒脹裂，發生脹裂則膨脹劑完好，可以用于施工，如未發生脹裂，則停止施工，檢查膨脹劑是否發生變質，每次做3組平行試驗）。施工時采用由上到下，分層遞進破碎的施工方式，膨脹劑拌和采用專用攪拌機進行攪拌，以縮短時間。加水攪拌成流質狀態的膨脹劑，迅速倒入鉆孔內，邊傾倒邊采用木質炮棍進行捅實。確保膨脹劑在炮孔內處于密實狀態。底部水平方向的炮孔，采用40mm直徑高強長纖維紙袋裝入藥劑（比42mm炮眼直徑略小，便于安裝，經現場試驗，膨脹力有所下降但在巖石開裂后繼續加水促進膨脹劑進一步反應后同樣可達到使用效果），按一個操作循環所需要的膨脹劑數量，放在盛滿清水的桶中完全浸泡，待45s左右膨脹劑完全不冒氣泡時，手捏膨脹劑不再有硬塊觸感時，立即采用炮棍捅入鉆孔內，邊裝填邊搗實，確保孔內膨脹劑密實。鉆孔口均預留5cm采用爆破用炮泥緊密填塞，保證炮眼內膨脹劑處于密封狀態。

為縮短裝藥及攪拌時間（現場需嚴格控制：從藥劑加水到炮泥封堵結束，全程不得超過5min，并且在裝藥前藥劑不得有升溫及冒氣現象發生，一旦發生上述現象，拌和膨脹劑立即作廢嚴禁使用。現場專人負責檢查控制），現場每2人負責4個鉆孔施工，單組單次攪拌藥量僅用于4個鉆孔，各施工小組在取藥，加水，拌和，灌裝過程中保持同步進行，確保全部鉆孔內膨脹劑的最大膨脹力在同一時間爆發，可達到最佳破碎效果。

現場安全員嚴格控制裝藥結束后嚴禁任何人員靠近破碎區，專人負責觀察巖體表面變化情況及炮眼處變化，如巖體表面已開裂并且炮眼處無冒氣現象，則表明膨脹劑膨脹力已過最大點，可安排工人向裂縫中繼續加水，保持藥劑持續反應，獲得更好的破碎結果。

藥劑反應的快慢與現場施工環境溫度也有直接關系，溫度越高，水化反應越快。邊坡爆破時間處于夏季，日最高氣溫超35℃，實際操作中，為降低藥劑溫度，采用水溫低于10℃的冷清水進行攪拌。現場搭設遮陽網，保證灌注時漿液溫度不高于15℃。

現場施工需特別注意：膨脹劑遇水反應，必須在能保證干燥且通風良好處進行保存，避免受潮損壞。當有超過保存期，受潮，開包后未用完等情況發生時，使用前加做一組玻璃瓶脹裂試驗。不滿足要求嚴謹使用。施工過程中裝運膨脹劑的容器要求能密封防水，避免觸水反應時炸噴情況發生。

5?結?語

靜態爆破，解決了在某些特殊情況及特殊環境下不允許使用常規炸藥爆破來拆除構筑物及開采巖石、礦石等這些長期困擾我們的難題。通過該項技術的研究，保證了本項目在緊鄰居民區復雜周邊環境下路基高邊坡施工的安全，確保施工質量，加快施工進度且大大節約施工成本，減少了高危區的爆破施工難度，提高了施工工效。

公路的建設目的主要是方便快捷的交通，另一個重要的就是居民區的連接。居民區段的施工，就需要謹慎處理擾民問題的發生。膨脹劑靜態破碎開挖，因其施工過程中產生的噪音極小，在特殊地段的使用將會越來越多，但膨脹劑遇水反應的特性同樣存在較大的安全隱患，在施工及運輸過程中，必須保持其干燥通風的環境要求，一旦發生炸噴現象，將會造成非常嚴重的后果。因此，嚴格的過程控制及預防措施就顯得格外重要。

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