巖溶地區(qū)橋梁人工挖孔樁基礎(chǔ)爆破技術(shù)及應(yīng)用

王二兵，毛益松，劉立偉，樊 貴，閆 慧

(1.中交一公局第五工程有限公司， 北京 100024； 2.國防科技大學(xué) 九院， 湖南 長沙 410003)

巖溶地區(qū)橋梁人工挖孔樁基礎(chǔ)爆破技術(shù)及應(yīng)用

王二兵1，毛益松2，劉立偉1，樊 貴1，閆 慧1

(1.中交一公局第五工程有限公司， 北京 100024； 2.國防科技大學(xué) 九院， 湖南 長沙 410003)

以湖南省龍(山)永(順)高速公路花橋大橋鉆孔樁施工為例，介紹了巖溶地區(qū)橋梁人工挖孔樁基礎(chǔ)控制爆破技術(shù)及應(yīng)用。針對巖溶地質(zhì)的溶溝(洞)，闡述了爆破施工工藝及相關(guān)注意事項，實踐證明，采用控制爆破技術(shù)達到了降低成本、加快施工進度的目的。

巖溶地區(qū)；橋梁；人工挖孔樁；控制爆破

1 工程概況

龍(山)永(順)高速公路花橋大橋位于龍山縣龍車鄉(xiāng)花橋村，橋梁全長166.0 m，為4 m×40 m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)T梁橋，橋面凈寬2 m×11 m。橋墩樁基礎(chǔ)共24根，0#橋臺采用Φ1.5 m雙排柱樁基礎(chǔ)，1#～3#橋墩采用Φ2.0 m單排樁基礎(chǔ)，4#橋臺采用Φ1.8 m單排樁基礎(chǔ)。橋墩樁基礎(chǔ)嵌巖情況見表1，深度為6.56～12.00 m。

表1 橋墩樁基礎(chǔ)

注：本工程共有24根人工挖孔樁，樁基類型為支承樁，基巖為微風化灰?guī)r。

樁基礎(chǔ)地質(zhì)多為灰?guī)r出露，薄-中厚層狀，巖溶發(fā)育，多呈“鋸齒狀”，溶溝高度最大達到10 m左右；以干空溶溝(洞)為主，洞內(nèi)基本無水或少水。施工范圍處巖土層分布自上至下分別為第四系全新統(tǒng)種植土、殘坡積黏土、淤泥質(zhì)黏土、三系下統(tǒng)灰?guī)r。巖石飽和單軸抗壓強度最大為126.5 MPa，平均值為57.2 MPa。

樁基礎(chǔ)巖石爆破地處在距G209國道約400 m的山坡，周圍環(huán)境較好。

2 爆破技術(shù)方案

(1) 選擇人工挖孔樁方案。該項目位于山區(qū)，地勢險峻，部分樁基位于陡坡，機械就位困難，且?guī)r溶地區(qū)地質(zhì)變化較大，機械鉆孔過程中因侵入樁孔的探頭石、溶溝等傾斜巖面使鉆頭底部處于軟硬不均的質(zhì)體，很容易造成偏孔、彎孔、卡鉆等問題；選擇人工成孔方案，而不選擇機械成孔方案，可解決鉆孔過程中，遇溶溝或溶洞頂板時, 孔內(nèi)護壁泥漿水頭突然下降而失去護壁作用引起的孔壁塌方，容易出現(xiàn)卡錘、掉錘、埋錘等現(xiàn)象。

(2) 選擇人工挖孔樁方案主要優(yōu)點。在挖孔過程中能及時發(fā)現(xiàn)地層變化，采取相應(yīng)措施進行處理，不僅能確保成孔質(zhì)量和灌注砼的質(zhì)量，而且在交通不便的山區(qū)可以降低機械的進出場費用，比機械成孔經(jīng)濟得多；另外，采用人工挖孔施工巖溶地區(qū)的樁基，可以多個樁基同時施工，為工程的施工工期提供了保障。

(3) 人工挖孔樁總體方案。采用含空孔的掏槽孔、輔助孔、周邊孔相結(jié)合的布孔方式，利用多個段別毫秒雷管實現(xiàn)微差控制爆破。中心炮孔(如掏槽孔)超前周邊孔布置，這樣可確保周邊孔起爆時所受抵抗最小。當挖到樁深位置時，留足厚200～300 mm的保護層，對該層用風鎬將產(chǎn)生微裂隙的巖石清掉，以保證持力層強度。此方案不僅能控制圍巖損傷，而且還可以降低爆破震動對周圍建筑物的影響。

(4) 掏槽孔設(shè)計思路。采用含中心空孔的垂直孔掏槽方式，中心空孔為掏槽爆破提供輔助自由面和一定的補償空間。克服直孔掏槽爆破掏槽孔只有裝藥上端部炸藥使破碎的巖石形成拋擲，大部分巖石碎塊仍滯留在槽腔內(nèi)，給人工清碴增加很大難度。具體方法是中心空孔比掏槽孔超深0.2～0.5 m，空孔底部裝入50～100 g乳化炸藥，中心空孔比掏槽孔延時起爆時間以50 ms為宜。可以達到加強拋擲作用，加大了槽腔的有效深度與體積。

3 爆破技術(shù)設(shè)計

3.1 藥孔參數(shù)設(shè)計

(1) 孔徑(d)。采用7655型或Y-24型手風鉆機鉆孔，d=38～42 mm。

(2) 孔深(L)。孔深取樁井開挖直徑D的0.5～1.0倍。掏槽孔超深0.1～0.2 m，本工程取掏槽孔孔深1.5 m，掏槽孔傾向中心鉆孔，以形成上寬下窄的楔形結(jié)構(gòu)，傾角5～8度；擴大孔和周邊孔深1.25～1.35 m。

(3) 孔距(a)。擴大孔孔距為40～65 cm。周邊孔為35～50 cm。

(4) 周邊孔密集度系數(shù)(m)。其大小為炮孔間距和最小抵抗線(W)之比，即m=a/W，周邊光面爆破孔間距通常按炮孔密集系數(shù)為0.8計算，m大于1時容易造成欠挖，m小于0.6時容易造成超挖。

(5) 炸藥單耗(q)。本樁基礎(chǔ)開挖爆破的巖石為中風化至微風化花崗巖，而樁基礎(chǔ)開挖直徑為2.33 m左右，夾制力很大，且只有一個自由面。炸藥單耗為1600～2000 g/m3。

(6) 裝藥量計算。采用體積公式求出每循環(huán)進尺所需總裝藥量，爆破施工作業(yè)中，掏槽孔裝藥量增加20%～25%，周邊孔裝藥量減少5%～10%(見表2)。

表2 Φ2.0 m挖孔樁爆破參數(shù)

3.2 炮孔數(shù)量

Φ2.0 m工作面通常配置15～22個炮孔，其中掏槽孔1～4個，垂直配置于樁井開挖中心，而周邊孔則沿離井壁約16.5 cm處均勻分布。

3.3 炮孔布置

掏槽孔布置采用三角形和四邊形布孔掏槽，掏槽爆破孔距15～30 cm。

輔助孔炮眼間距為35～45 cm，周邊孔間距為50～70 cm，周邊孔距井壁距離不應(yīng)小于10 cm；在堅固性差的巖石中，不應(yīng)小于20 cm，周邊留下的巖石用風鎬開挖。

樁基礎(chǔ)炮孔布置見圖1。

圖1 樁基礎(chǔ)炮孔布置

3.4 裝藥結(jié)構(gòu)和填塞

考慮到孔樁內(nèi)有涌水，故所用炸藥全部采用具有防水性能的乳化炸藥，雷管采用具有防水性能的毫秒導(dǎo)爆管雷管。考慮小直徑樁孔掘進爆破，炮孔深度較淺，起爆藥包位置放在底部(反向裝藥)。裝藥后采用全填塞方式，用中粗砂或黃泥作填塞物。

3.5 起爆網(wǎng)路設(shè)計

起爆順序按掏槽孔→擴大孔→周邊孔連接，具體確定掏槽孔為1段(0 ms)、擴大孔為7段(200 ms)、周邊孔為11段(460 ms)或13段(650 ms)。若幾個樁基礎(chǔ)同時起爆時，相鄰樁基礎(chǔ)的延期時間為500 ms。

4 幾點體會

(1) 有溶溝(洞)的樁基爆破，炸藥單耗較難掌握，根據(jù)地勘資料和現(xiàn)場情況確定的單耗要隨時調(diào)整。根據(jù)操作人員通過鉆桿的進程以及軸壓、風壓來判斷該孔的地質(zhì)情況，當鉆桿突然迅速往下降，風壓或軸壓突然降低時，證明遇到了溶溝(洞)，此時單耗盡量減少；否則單耗在設(shè)計的基礎(chǔ)上應(yīng)上調(diào)5%～10%，以便較好地保證爆破效果，便于人工清碴。

(2) 能量的泄漏是溶溝(洞)對爆破的主要影響之一，由于爆轟產(chǎn)物向附近的溶溝(洞)內(nèi)泄漏，使其炮孔壓力迅速降低，從而導(dǎo)致影響其它方向的裂隙發(fā)展，如果裝藥埋設(shè)在溶洞附近，有時會改變抵抗線的大小和方向，產(chǎn)生大塊和飛石。因此，每次爆破應(yīng)該進行嚴格防護，其主要方法是裝藥聯(lián)線之后在井口蓋上圓形Φ18 mm鋼筋防護井蓋，井蓋的直徑大于樁井的直徑，上鋪竹夾板，竹夾板下墊上厚度為20 cm的磚塊，用來卸壓，防止爆破產(chǎn)生的高壓氣體將蓋板掀翻，然后再在鋼板上壓上沙包。此種防護方法切實可行、安全可靠。

(3) 采用人工挖孔樁爆破花橋橋梁的24個基樁，以及后來跨G209國道的高架橋的56根基樁施工，爆破效果比較理想，爆破設(shè)計參數(shù)及處理措施是成功的。但是由于巖溶地區(qū)巖石情況不一，溶溝(洞)具有不可預(yù)見性，巖溶基樁開挖前必須進行一樁一孔超前鉆探，準確掌握地下巖溶發(fā)育情況。

[1]汪旭光.爆破設(shè)計與施工[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2011.

[2]于亞倫.工程爆破理論與技術(shù)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2004.

[3]GB6722-2014．爆破安全規(guī)程[S].

[4]劉國生,毛益松,陳志陽,等.巖溶地區(qū)高邊坡預(yù)裂爆破技術(shù)及應(yīng)用[J].采礦技術(shù),2014,14(05):99-101.

[5]毛益松,單志國,鄭卓淵,等.復(fù)雜環(huán)境危險基坑巖石爆破[J].采礦技術(shù),2013,13(05):79-80,133.

[6]王二兵,樊 貴,毛益松,等.影響巖溶地區(qū)深孔爆破效果的主要原因及技術(shù)對策[J].采礦技術(shù),2013(05):81-84.(收稿日期：2016-10-19)

王二兵(1982-)，男，工程師，主要從事巖土工程項目管理，Email：1213175424@qq.com。