坚硬地质嵌岩桩钻孔爆破配合冲击钻施工论述

坚硬地质嵌岩桩钻孔爆破配合冲击钻施工论述

宿园园

中铁北京工程局集团有限公司北京102308

摘要：桥梁嵌岩桩基嵌入微风化花岗岩，桩基孔径较大，深度较长，且花岗岩地质坚硬，裂隙不发育。采用钻孔爆破后再进行冲击钻施工，首先根据桩基直径设置不同类型的爆破孔，计算爆破孔的装药量。最后根据冲击钻施工效果确定直径为2.0m、2.2m的桩基布设3个爆破孔，2.4m的桩基布设4个爆破孔，同段装药量为6.2kg，施工效果最佳。该方案施工提升了冲击钻的施工进度，但易出现卡钻头现象。

关键词：桥梁工程；嵌岩深度长；钻孔爆破形式；装药量计算；冲击钻施工

1工程概况

福建省国省干线联十一线漳州龙文区段公路工程位于漳州市龙文区段内，主要包含1座特大桥，1座大桥和涵洞、路基。桥梁桩基设计为直径2.0m、2.2m、2.4m的嵌岩桩，嵌岩深度为3.0D（D=桩基直径），桩基设计深度在20m-35m之间，桩基嵌入微风化花岗岩。地勘设计资料显示当地花岗岩地质坚硬，且裂隙不发育。经现场取样试验，花岗岩压实强度在90MaP-110MaP之间。

2施工方案选取

根据微风化花岗岩地质坚硬的情况，结合桩基孔径较大，嵌岩深度较长的特点，选用一般旋挖转施工不能一次性成孔，而选用人工挖孔桩则安全风险高。综上所述最后采用钻孔爆破后再进行冲击钻施工的方法。

3爆破设计依据

3.1《爆破安全规程》（GB6722-2014）

3.2《民用爆炸物品安全管理条例》

3.3设计图纸、地质勘察资料

4爆破施工周边环境

施工现场交通便利，常有车辆、行人经过。地方砖混结构、钢筋混凝土结构的民房距最近桩基约100米。有1座砖混结构的古庙距桩基约150米。

5爆破施工

爆破器材选用：MDH型乳化炸药、毫秒非导爆管雷管（1—15段）、毫秒导爆管雷管、导爆索。

桩基冲击钻施工前根据桩长进行地质勘探、取芯（取芯长度超桩长1米），标识出岩石的位置及厚度，预置直径为10cm的pvc塑料管，在岩石的相应位置放置药包破碎岩石，岩石破碎后再进行冲击钻施工。

根据药包的爆破破碎机理：药包爆炸时，将在药包周围的岩壁上形成强烈的应力波破坏岩体结构，爆破作用范围内的岩石可划分为压缩圈、破裂圈、振动圈。

5.1岩石压缩圈（粉碎区）

压缩圈的范围很小，其半径一般不超过药包半径的2-3倍，结合本工程的情况，压缩半径：3×50mm=150mm。

5.2岩石破裂圈（岩石受外力发生位移、破裂）

破裂圈内岩石受到结构性的破坏，生成纵横交错的裂隙，岩体被割裂成块，是爆破在工程中主要应用部分。破裂圈的范围大约为药包半径的8-10倍。结合本工程，破裂圈半径：8×50mm=400mm，形成约Φ=800mm的破裂圈。

5.3岩石振动圈

在破裂圈以外的范围内，爆破作用已经衰减到不能使岩石结构产生破坏，而只能引起岩石的弹性振动，振动的范围很大，直到爆破作用力完成被岩土所吸收为止。

6爆破参数选择

6.1桩基直径为2.0m的桩基设置3个或4个爆破孔，岩石破碎范围及布孔见下图。根据冲击钻施工效果调整爆破孔个数及单耗。

图一2.0m桩基爆破布孔及岩石破碎范围示意图

6.2桩基直径为2.2m的桩基设置3个、4个或6个爆破孔，岩石破碎范围及布孔见下图。根据冲击钻施工效果调整爆破孔个数及单耗。

图二2.2m桩基爆破布孔及岩石破碎范围示意图

6.3桩基直径为2.4m冲孔桩设置4个、5个或7个爆破孔，岩石破碎范围及布孔见下图。根据冲击钻施工效果调整出性价比最优的爆破孔个数及单耗。

图三2.4m桩基爆破布孔及岩石破碎范围示意图

7装药结构及安全药量

7.1装药结构

a、单层岩石爆破时，采用双发导爆管雷管簇联，激发针引爆，将引线牵出爆源点50米，外接起爆器。

b、多层岩石同时破碎时，采用导爆索起爆网路。

7.2炸药类型：Φ=32mm的筒状乳化炸药

取一条1.2倍岩石长度的钢筋（钢筋Φ=20mm），根据装药孔直径加工符合要求的药包，采用不耦合装药，不耦合系数取值1.2-1.5，适用水胶布将乳化炸药牢牢捆在钢筋柱上，加工出需要的长度，药包的长度比岩石的长度稍长,每边出50公分,装药密度1.5-3kg/m,根据岩石性质、爆后效果及周边环境调整装药密度。装药结构参见下图:

冲桩装药结构图

7.3孔口采用沙包压实，防止冲孔现象。

8安全性测算

8.1爆破震动对建筑物的安全验算

V=k（Qmax1/3/R）α

式中：K—与地震传播地段的介质有关的系数，取180；

α--地震波衰减指数，取1.6；

R—爆破地点至建筑物的距离为测算距离，单位为米；

根据《爆破安全规程》（GB6722-2014）规定：

爆破振动安全允许标准

根据‘一般民用建筑物’振动频率‘50hz≤f≤100Hz安全振动速度取值为3cm/s，安全药量参见表1。

不同距离下允许的同段最大装药量

施工中，根据上表‘不同距离下允许的最大装药量’来控制每段的装药量，爆破中进行爆破振动监测，确保爆破在安全有序的环境内进行。

8.2爆破飞石控制警戒范围

a、桩内水下爆破，警戒范围确定为50.0米。

b、装药完成后，爆破前必须同时发出音响和视觉的信号，使危险区内的人员都能听到和看到，对场地内的人员开始撤离。检查完善防护情况，各岗卡人员各就各位。

c、准备起爆时，负责人须收到各岗卡人员的安全信号，确认所有安全措施完毕后，才可下达起爆指令。

d、起爆后，经检查确保没有危险后，其他人员方可进入现场。

总结

根据不同爆破布孔形式的施工效果，最后采用直径为2.0m、2.2m的桩基布设3个爆破孔，2.4m的桩基布设4个爆破孔。同段装药量均为6.2kg效果最佳。

优点：桩基未进行爆破时，冲击钻入岩后施工进度为0.3米/天，当采用爆破后，冲击钻施工进度可达到1.1米/天。极大的提升了冲击钻的施工进度。缺点：桩基钻孔爆破后，易出现卡钻头现象。