《静态破碎剂在抗滑桩坚硬岩石开挖中的应用》(

基金项目：高等学校重点实验室访问学者基金资助作者简介：亢会明（1972－），男，汉族，陕西省人，2001年于重庆大学博士毕业，现在中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司主要从事隧道及边坡等岩土工程的勘察、设计及施工等工作，重庆大学西南资源开发及环境灾害控制教育部重点实验室访问学者。发表论文十余篇。静态破碎剂在抗滑桩坚硬岩石开挖中的应用*亢会明1．2李束为2张建良2(1重庆大学西南资源开发及环境灾害控制教育部重点实验室重庆400044)(2中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司成都610017)摘要某滑坡治理工程抗滑桩紧邻天然气井及集、输气管道施工，不允许采用普通爆破方法进行施工，为保证安全和加快施工进度采用了静态破碎方法，通过现场试验，确定了坚硬石英砂岩的静态破碎设计参数，取得了良好效果。关键词抗滑桩，坚硬岩石，静态破碎剂分类号文献标识码文章编号APPLICATIONOFSTATICEXPLOSIVESINEXCAVATIONOFHARDROCKSOFANTI-SLIDINGPILEKangHuiming1．2，LiShuwei2，Zhangjiangliang2(1KeyLab.fortheExploitationofSouthwestResourcesandtheEnvironmentalDisasterControlEngineering,MinistryofEducation,ChongqingUniversity,Chongqing400044China)(2ChinaPetroleumEngineeringCO.,LTDSouthwestCompany610017China)AbstractInsomelandslideregulatoryworks,anti-slidingpilesadjoinsgaswellandpipeline.Thenormalblastingcouldnotbeusedinconstruction.So,staticexplodingmethodisappliedinanti-slidingpileconstructionforsafetyandshortingconstructionperiod.Furthermore,staticexplodingdesigningparametersofhardquartz-sandstoneareobtainedinin-situexperimentandcomeuptofineresult.Keywordsanti-slidingpile，hardrocks，staticexplosives1．概述抗滑桩是滑坡治理施工中最常用的抗滑结构之一，由于桩孔断面大，一般都大于1.25m，无法用钻孔机械进行桩孔施工，只有采用人工开挖。抗滑桩施工中如果遇到坚硬岩石，靠人工施工非常困难，有时甚至无法保证正常施工。滑坡治理工程施工中一般不允许使用炸药进行爆破开挖，对于坚硬岩石也只允许在保证不影响滑动的前提下采用小药量进行控制爆破，以免爆破产生的强烈震动及冲击波等影响滑坡稳定性[1－2]。重庆气矿某井场滑坡采用8根抗滑桩进行加固，抗滑桩距井口最近只有6m，距集输气管道最近只有0.5m。该气井为高含硫气井，施工要求十分严格，必须确保井场内的设施及集输气管道不受破坏，如果气井或集输气管道受到破坏，导致气井、集输气管道断裂，高含硫天然气一旦外泄，对国家财产和人民的生命安全将造成巨大损失，其后果不堪设想。抗滑桩为方桩，在覆盖层中桩径为2.0m×2.0m，在基岩中桩径为1.6m×1.6m，桩底嵌入基岩中5.0m。桩孔开挖过程中，在坡残积层碎石土中遇到了大块的中等风化的砂岩块石，最大块度超过2m，岩体坚固性较好，其普氏系数F为7~8，人工开挖非常困难；基岩中有一巨厚层石英砂岩，岩体坚固性好，普氏系数F为12，岩体完整体好，基本未风化，无节理、裂隙，用人工方法无法进行正常施工。由于抗滑桩紧邻天然气井及集输气管道，不允许采用爆破方法进行施工，为保证施工安全，在桩孔施工中采用了静态破碎技术进行坚硬岩石的破碎，效果较好。静态破碎技术是利用静态破碎剂水化膨胀后对孔壁产生径向压力（最大可达122MPa），当径向压力在孔壁切向上引起的拉应力大于岩石的抗拉强度时，岩石就被破碎，因此可以在无震动、无冲击波、无飞石等条件下破碎岩石，具有非常高的安全性[3－4]。2．静态破碎方案及参数设计根据被破碎岩石的物理力学性质及边界条件的不同，在使用不同的静态破碎剂进行破碎时应该通过现场试验选用不同的施工方案及参数。2.1静态破碎剂选择由于坡残积层碎石土中的砂岩块石，最大块度超过2m，岩体坚固性较好，其普氏系数F为7~8；基岩中的巨厚层石英砂岩，岩体坚固性好，普氏系数F为12，岩体完整体好，基本未风化，无节理、裂隙，而且在开挖过程中只有一个自由面，因此，必须选用能提供较大膨胀力的静态破碎剂，经比选后采用了四川宜宾产超力牌静态破碎剂。其膨胀力最大可达到122MPa；最大膨胀力出现最短时间可在10分钟内，反应时间可在10分钟至10小时之间任意调节。2.2钻孔布置设计对于静态破碎，临空面（自由面）越多，单位破石量就越大，经济效益也就越好[5]。由于桩孔开挖时只有一个临空面，因此在对桩孔中块石及基岩破碎前应尽可能多地创造临空面。坡残积层碎石土中的砂岩块石块度大小不一，对于块度小于桩孔的块石，要尽量将块石周围的土层全部剥掉，将整个块石暴露出来，以增加临空面，钻孔按十字网格状布置，采用垂直孔钻穿整个块石，同一排钻孔要布置在同一平面上，并尽可能地和临空面平行，如图1(a)所示。在装药时按“先四周，后中央”的顺序进行全孔长灌注。对于长宽两个方向块度都大于桩孔的块石，钻孔按十字网格状布置，对于深度超过2m的块石采用分次破碎，每次破碎进尺2m；深度方向小于2m的，采用垂直孔钻穿整个块石，同一排钻孔要布置在同一平面上，如图1(b)所示。在装药时按“先四周，后中央”的顺序进行全孔长灌注。对于基岩的破碎，先在中间钻两排密集垂直孔，装药破碎后将碎石掏出，形成槽形空间，增加临空面，以方便两侧岩体的破碎；然后再钻周边孔及辅助破碎孔，周边孔采用斜孔，孔口距开挖轮廓线5cm，孔底落在开挖轮廓线上；辅助破碎孔采用垂直孔；同一排钻孔要布置在同一平面上，如图2所示。装药时全孔长灌注，先装辅助破碎孔，再装周边孔。20040404020040(a)块石块石(b)4035200402005050354035403540外圈孔次圈孔内圈孔图1块石静态破碎钻孔布置示意图（单位：cm）Fig.1Thearrangementplanofdrillholesinstaticexplodingofblockstone40170160周边孔3017016030开挖轮廓线301701603020304040203040开挖轮廓线辅助破碎孔掏槽孔308580402030图2基岩静态破碎钻孔布置图（单位：cm）Fig.2Thearrangementplanofdrillholesinstaticexplodingofbedrock2.3钻孔参数设计2.3.1孔距与排距孔距与排距的大小与岩石硬度有直接关系，硬度越大，孔距与排距越小，反之则大；孔距与排距的大小与岩石硬碎效果及施工成本有直接关系，孔距与排距越大，破碎效果越差，成本越低，孔距与排距越小，破碎效果越好，但是成本越高，因此要通过现场试验确定适宜的破碎参数。孔距与排距布置的经验值见表1。通过现场试验，确定的静态破碎参数如下：砂岩岩块（普氏系数F为7~8）块度小于桩孔孔径的，孔距采用40cm；排距采用50cm，参见图1(a)。砂岩岩块块度大于桩孔孔径的，外圈孔与次圈孔排距35cm；内圈孔与次圈孔排距40cm；外圈孔四个角孔与相邻孔的孔距为35cm，其余外圈孔的孔距为40cm；次圈孔及内圈孔的孔距40cm，参见图1(b)。石英砂岩（普氏系数F为12）的掏槽孔孔距与排距均为20cm；掏槽孔与辅助破碎孔排距为40cm；辅助破碎孔与周边孔的排距为30cm；辅助破碎孔与周边孔中间两个孔的孔距为40cm，其余孔距为30cm，参见图2。表1钻孔孔距与排距经验值Table1Empiricalvalueofspacingofdrillholesandarraypitch岩石硬度F=4F=6F=8F=12孔距（cm）50--100403020排距（cm）805040302.3.2钻孔孔径钻孔直径与破碎效果有直接关系，钻孔过小，不利于药剂充分发挥效力；钻孔太大，易冲孔。根据我国目前静态破碎成熟的经验，钻孔孔径选为42mm。2.3.3钻孔深度和装药深度砂岩岩块块度小于桩孔孔径的，钻孔钻穿整个块石。砂岩岩块块度大于桩孔孔径的，对于深度超过2m的块石采用分次破碎，每次破碎进尺2m；深度方向小于2m的，采用垂直孔钻穿整个块石。石英砂岩中钻孔深度85cm，每次破碎进尺80cm。将静态破碎剂直接装至孔口，全孔长装药。2.3.4配浆、装药将钻孔内余水和余渣用高压风吹洗干净，孔口旁清理干净至无土石渣后将药剂加30%左右的水（重量比）拌成流质状（充分搅拌后略有余水），迅速倒入孔内并用略小于钻孔的捅杆捣实捅紧。岩石开裂后，立即向裂缝中加水，以支持药剂持续反应。药剂反应时间控制在15~30分钟为宜，以利于加快施工进度。3．结语该滑坡治理工程抗滑桩施工中采用以上参数，用静态破碎剂对坚硬岩石进行破碎，施工中无震动，无冲击波，无飞石，保证了施工安全和工期，取得了较好的效果。静态破碎施工成本相对稍高，而且静态破碎剂产生的能量不如炸药爆破所产生的能量大，但是在某些特殊情况下采用静态破碎技术是十分经济可行的，既可以保证周围设施的安全，又能保证正常施工。在施工中应根据工程地质条件及岩体边界条件的不同，通过现场试验，调整选用适宜的施工参数。参考文献1徐邦东，滑坡分析与防治[M]，北京，中国铁道出版社，20012车永康，简明爆破工程设计手册[M]，重庆，重庆大学出版社，19973魏承景，谢逢午，静态破碎技术[M]，南宁，广西科技出版社，19894刘键，静态爆破研究、爆破与安全[M]，武汉，湖北科技出版社,19845张爱莉，姚刚，静态爆破的设计及应用[J]，建筑技术，2002,33（6）亢会明（1972－），男，汉族，陕西省人，2001年于重庆大学博士毕业，现在中国石油集团工程设计有限责任公司西南分公司主要从事隧道及边坡等岩土工程的勘察、设计及施工等工作，重庆大学西南资源开发及环境灾害控制教育部重点实验室访问学者。发表论文十余篇。工作单位：中国石油集团工程设有限责任公司西南分公司