爆破技术在人工挖孔桩嵌岩施工中的应用

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深圳市旭飞华达园拟建五栋框剪结构、22-28层，地下一层。基础为人工挖孔桩，桩径Ф1.3-2.3m，桩端入岩少量为入中风化1.2m、其它均为入微风化0.8m，共计280枚桩，设计桩长12-35m，护壁采用C25钢筋混凝土，壁厚175mm。由于不少桩不能满足设计桩长要求，中风化岩层较薄，因此造成该工程的基础桩桩端均须进入微风化岩层。 
    该工程地质资料表明施工中须穿越耕植土、坡积层、残积层、强风化、中风化及微风化花岗岩（少量片麻岩）岩层，地下水位较高（在基坑底以下2m以内），且无外降水设计。本工程基坑深3.9-6.6m，东、南、北三面有多栋多层及高层建筑物，西侧临翠竹北路，建筑物距基坑最短距离2m。 
    本文通过上述工程事例，就近几年深圳地区人工挖孔桩施工中遇到的桩端入岩爆破工程进行爆破技术、施工组织及安全技术措施进行论述。 
    一、爆破技术设计 
    由于人工挖孔桩入岩爆破施工时，自由面狭小、作业面较深、岩石的夹制力较大，中风化层以上地段成孔时，受流沙、流泥的影响，有些地段护壁质量较差抗震能力小。所以孔桩入岩爆破宜采用小直径浅孔微差爆破。 
    1、爆破参数 
    桩基入岩爆破参数不同于自由面大的隧道爆破参数，但可参照矿山竖井开拓时的一些爆破参数。其实际值应根据所爆破的孔桩直径、岩石的物理力学性能、岩石的风化程度、岩石的结构组分、内聚力、裂隙性、特别是岩石的变形性及其动力特性、以及所用炸药的性能来确定。 
    （1）单位用药量系数 
    孔桩入岩爆破的岩石为中、微风化，孔桩直径为Ф1.3-2.3m，周边对所爆破岩石的约束力大。根据深圳市区多个高层建筑孔桩工程入岩的爆破参数类比、修正，得出单位用药量系数K如下表： 

                                            表1 

岩石类别  岩石坚固性系数（f）  单位用药量系数（g/ m3）  备 注 

 强-中风化           4-6                      1200-1600 
中风化                6-7                      1600-2000 
中-微风化            7-8                      2000-2400 
微风化                8-10                     2400-3000 

    如果孔桩的开挖直径超过2m，在爆破同样岩石的条件下，单位用药量系数K值可降低20-30%。 
    （2）炮眼间距 
    孔桩入岩采用手持式气动凿岩机钻眼，炮眼直径d=32-42mm，即a=（15-20）d，a=500-800mm。 
    （3）炮眼深度与循环进尺 
    在小直径孔桩入岩爆破中，岩石的周边夹制力大，炮眼利用率低。一般炮眼深度L取孔桩直径D的0.6-0.8倍，即L=（0.6-0.8）D。其中掏槽眼应比周边眼加深100-200mm。 
    孔桩爆破炮眼利用率η一般可以达到85-95%，则循环进尺Lˊ=ηL=（0.85-0.95）L。 
    2、炮眼布置 
    在小直径孔桩爆破中，工作面通常按掏槽眼3-4个，周边眼7-13个。其中掏槽眼按照锥形布置，倾角10-15°；周边眼多用垂直眼，距孔桩护壁100-200mm均匀布置，但遇上有扩大头的孔桩，则周边应比扩大头倾角小5-10°，以保证扩大头围岩的稳定性及避免超挖。
    3、装药量计算 
    （1）每循环进尺所需用药量Q 
    式中：Q——每循环进尺用药量（g） 
    K——单位用药量系数，见表1（g/m3） 
    D——孔桩掘进直径，（m） 
    L——炮眼的平均深度，（m） 
    （2）单孔理论装药量q 
    q= 
    式中：q——单孔理论装药量（g） 
    Q——每循环进尺用药量（g） 
    N——工作面炮眼数量，（个） 
    4、装药量的分配 
    一般情况下，掏槽眼的药量qt比周边眼药量qb多装20-25% 
    qt=(1.2-1.25)q 
    qb=(0.85-0.95)q 
    式中：qt——掏槽眼装药量，（g） 
    qb——周边眼装药量，（g） 
    二、爆破器材选型 
    1、炸药 
    人工挖孔桩入岩段爆破施工总是存在岩层裂隙水及成孔护壁时下滴的渗水，最好选用防水性好的炸药，另外为了保证成孔护壁在爆破施工中的稳定性，应选用爆炸威力适中的炸药。可选岩石乳化炸药，其抗水性好、药卷易于分割、威力适中；如选用2#岩石铵梯，需对炸药本身做好防水处理。 
    2、雷管 
    孔桩掘进爆破应用电雷管网络，禁止使用导火索、火雷管起爆网络。电雷管起爆网络的接头一定要有良好的绝缘性，接点应离开泥水面。同时，为取得较好的爆破效果，保护护壁的稳定性，应选用微差爆破使用的秒延期雷管，周边眼滞后掏槽眼起爆0.1s以上。 
    3、起爆器 
    可选用MFJ—100国产电容式起爆器，串联起爆能力可达100发，充电时间7-10s，供电时间3-6ms，电源1#电池4节。 
    孔桩爆破每次起爆的雷管都在20发左右起爆器要求体积较小，便于携带，结构组成简单，因此可选用MFJ—100或JZDF—300—B国产电容起爆器。
    三、施工管理与组织 
    人工挖孔桩施工过程中作业人数多，工序交叉多，为了保证入岩爆破安全、顺利进行应按以下程序进行组织管理： 
    1、施工管理 
    （1）建立以项目部为指导的爆破作业指挥部，下设爆破总负责人、技术负责人、安全员及各班组长，各专业工种持证上岗。 
    （2）建立爆破器材集中收发制度，按工作量发料。多余的爆破材料在当班施工完成后，应及时上交给发放人员收回，做到集中发料、统一制作、统一收回、集中保管，严格登记手续，避免爆破器材流入社会。 
    （3）安排好作业时间、爆破时间并将爆破时间告示于周围居民。 
    （4）爆破总负责人负责施工组织、人员调配、生产安排，并对安全、生产负全责。 　
    （5）技术负责人负责施工过程的技术工作，并监督安全和质量，全面指挥爆破工作的实施。 
    （6）安全员负责现场安全检查，布置检查爆破警戒。 
    （7）爆破员负责起爆工作。 
    2、施工组织 
    孔桩入岩爆破通常采用混合作业法和爆破专业作业法，深圳地区常采用专业作业法施工。即专业班组专职从事爆破工作，负责钻眼、清孔、装药、连线、爆破、通风、处理瞎炮和哑炮；而凿岩、清渣、出渣、成孔护壁由其他作业组负责。 
    四、安全技术措施 
    1、爆破地震控制措施 
    孔桩入岩爆破对本桩及临近孔桩的临时支护和已浇筑的桩芯混凝土都可能产生影响，在深圳地区孔桩护壁一般采用早期强度高、成型好C25钢筋混凝土护壁，一般情况下护壁混凝土浇筑5天后，可进行爆破施工而不至震坏护壁支护。同时不应在已浇筑桩芯混凝土，但桩芯混凝土未达到龄期的孔桩的20m范围内进行孔桩爆破作业，以免震裂没有达到设计强度的桩芯混凝土。 
    2、爆破飞石的控制措施 
    孔桩爆破工作面均在地表以下10m以外，在爆破孔桩口用竹笆或木模板覆盖，并加压砂袋，以防止爆破飞石飞出地面。 
    3、爆破炮烟的排除措施 
    炸药爆破之后产生的炮烟均为有毒有害气体，必须进行机械性强制通风排烟，施工现场可利用鼓风机在井口进行压入式通风排烟，或采用空压机风管在井底通风排烟。通风排烟的时间以清除工作面炮烟为准。 
    4、爆破防漏电措施 
    孔桩入岩爆破在装药时，应特别注意防漏电，在装药前孔桩内所有的电器设备应提升至地面。在装药时，雷管的脚线应短接，连接爆破母线时应保证接头良好的绝缘性，严禁拖地接触泥水，雷雨天气应停止爆破作业。 
    5、瞎炮的处理 
    在孔桩爆破作业完成、清除孔桩内炮烟后，检查人员应下到工作面检查瞎炮情况，并及时按爆破规程进行处理。另外在清渣时发现瞎炮，应及时报告项目部安排专业人员处理，禁止非专业人员私下处理。 
    6、爆破器材的安全管理措施 
    爆破器材属于危险物品，应进行严格管理。 
    （1）严格爆破器材的领用、发放、使用及回收制度； 
    （2）现场爆破器材应该分明别类，分别用木箱盛装，专人上锁保管，严禁混装。使用、运输时应轻拿轻放，严禁碰撞；雷管在连母线前应短接，避免接触带电体。 
    五、施工效果 
    华达园人工挖孔桩入岩段爆破，入岩2.0-5.3m，取得了安全性高进度快、护壁超挖量小、炮眼利用率达到近100%的效果。280条桩分五个栋号施工，25天即完成所有的爆破工作量。