爆破成孔施工方案

1挖孔灌注桩爆破成孔施工与方案设计探讨中铁三局六公司030600宋同新滕晓春摘要：本文针对挖孔桩爆破成孔方案实施现状和经验教训，结合工程实例详细讲述挖孔灌注桩爆破成孔施工方案与施工工艺，就爆破成孔及辅助措施的方案设计提出建议。最后，就现行《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）中有关条款条文，提出个人看法，以期与大家共同探讨。关键词：工程实例大契特大桥挖孔灌注桩爆破成孔施工工艺方案设计探讨一、引言目前，挖孔灌注桩爆破成孔施工存在一些问题，主要有：⒈爆破设计问题：爆破设计粗糙或无爆破设计，只是钻1~3个孔（最多3个孔），装满炸药爆破。成孔速度慢且成形质量较差。据调查，这样的施工工艺，每个桩孔配4~5个人，每天进尺只能达到50cm，且难度极大。⒉安全隐患多⑴深桩孔内采用火花起爆，严重违反《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）规定，属于《爆破安全操作规程》（GB6722-86）严格禁止和极度危险的错误做法。一九九九年×××高速公路第7标段特大桥挖孔桩爆破成孔施工过程2中，作业人员直接在孔内点燃导火索，在匆忙攀升过程中，炸药爆炸，酿成悲剧，造成极大的损失和不利影响。⑵拒爆情况频频发生，加重了不安全隐患。⑶护壁方案草率。据调查，采用斗砖干砌护壁方式的不在少数，实际上，即使这种护壁形式满足土层侧压力的要求，但在强大的爆破冲击波、高温高压的爆生气体和爆破地震动的影响下，非但起不了保护作用，反而平添一层不安全隐患。⑷疏于安全检查或安全检查不到位。主要表现在对孔口附近的地表安全状况检查、护壁安全检查、桩孔围岩安全状况检查。正因为此，孔壁坍塌埋人、护壁开裂破碎伤人的情况时有发生。⑸爆破警戒不到位或不当，酿成事故。在爆破成孔施工环境较复杂的情况下，诸如在交通繁忙的既有公路边施工、在村庄或城镇内施工时，因警戒部署不当而造成飞石伤人、砸车、物的情况也不罕见。鉴于上述原因，笔者认为有必要对挖孔桩爆破成孔施工方案设计和施工工艺做一个较全面的介绍。一九九七年三月至五月间，作者主持了同三高速宁波市境大契特大桥挖孔灌注桩79—1#~4#至84—1#~4#、94—1#~4#至97—1#~4#共计40棵桩基的爆破成孔方案设计与施工，最大成孔深度25米。从中总结出一些经验，也吸取了部分教训。3二、工程概况1、自然地理位置及施工环境大契特大桥从宁波北仑区大契镇石湫村穿过，并与村庄内水泥混凝土路面、架空线缆和穿行于本村内的货运铁路专用线立交，其中，架空线缆恰位于一个桩孔的正上方和另一个桩孔的斜上方，架空高度不足4米；特大桥两侧的房屋均未拆迁，距离桩孔最近处只有2米，平行于桥梁轴线方向偏居桥位右侧（西侧）墩柱上方一条3万伏高压线，架高12米。⒉地形、地貌：地势平坦，为低山丘陵地貌。⒊地层情况自上而下依次为：⑴表层为第四系生活垃圾，平均厚度约50cm，局部为货运专用线路堑弃碴，呈松散状，充填淤泥、富水。⑵滨海沉积淤泥层，软塑、流塑状，厚度0m~7m，局部夹贝壳层透境体（如82-3#桩孔）；或为红色粘土层夹杂石块（层厚0m~5m不等）。⑶强风化凝灰岩（层厚2m~4m不等），与上覆淤泥层或粘土层呈大角度不整合接触；⑷弱风化凝灰岩（3m~4m）；⑸微风化凝灰岩。⒋水文地质状况：地下水发育，受地表水补给明显，地下水位较高。主要有基岩裂隙水和孔隙裂水两种类型。4⒌合同工期：因原地质勘测资料与实际情况严重不符，施工队伍已进场的钻孔机具无法使用。只好重新勘测、出图，原设计摩擦桩变更为端承桩，此时，工期过半，而实际进度近于零。⒍设计情况：大契特大桥全长2.6km，双线双车道分离式桥，后张预应力简支空心板梁，跨线处桩基、墩柱直径为1500mm，余为1200mm；跨度20米，跨线处为30米。墩柱间距7米。⒎桩基成形技术及质量要求：孔壁不得有松动岩块，孔壁岩体不应因爆破原因而出现裂缝，桩孔内不应有浮碴和积水、积泥等，桩基嵌入微风化岩层不小于2.5m。三、施工方案选择由于工期紧迫，地层条件复杂，采取回旋转机钻孔或实心冲击锥冲岩成孔均不能完全符合地层条件，且均不能在合同工期内完成。尽管设计桩孔内地下水丰富，淤泥层较深，但相对钻孔桩施工来讲，采用人工挖孔和爆破成孔方法均相对有利：在保证排水、通风和护壁安全的前提下，挖孔桩施工方法可以保证合同工期，且无需大型施工机具进场，施工准备周期较短，开工时间可大幅提前，同时，在抢工期的情况下，可以采取平行流水作业方式，只需上足人力、空压机、手风钻及其它小型器具即可。最终确定：垃圾层和滨海沉积淤泥层（含贝壳透境体）5成孔采用人工挖孔方案。凝灰岩岩层内采用爆破成孔方案。四、爆破成孔施工方案及工艺详述㈠爆破施工技术方案⒈总体方案采用非电爆破网络，圆锥形掏槽，光面爆破技术方案；人工装碴，吊篮垂直运输，孔口小推车运弃，自卸车集中倒运；孔壁局部修整采用风镐钻凿；爆破防护采用多级防护形式；桩孔护壁为混凝土护壁或钢筋混凝土护壁。⒉钻爆方案设计⑴编制依据：爆破环境、地质及水文状况、施工机具、火工品性能。⑵编制原则：安全、保质、低成本、快速、高效。⑶编制方法：由爆破技术人员负责编制；依据工程类比法初步编制，在爆破试验的基础上，进一步优化爆破设计。⑷动态设计：通过信息反馈，调整、优化设计。⑸大契特大桥爆破成孔设计①炸药选择桩孔内地下水丰富，需采用防水炸药；炸药库现有炸药为φ32mm×150g乳化炸药，药卷长度190mm，为防水炸药，满足防水要求。现有手风钻为YT-25型，使用钻头为φ38mm，则炮孔直径可达40mm，其不偶合系数为40/32=1.256据经验，不偶合系数1.25时，可避免管道应，且对光面爆破来说，这个数值较适宜。综上，最终选定炸药为φ32mm×170g乳化炸药药卷。②不偶合系数：取1.25③钻爆孔网参数设计详见附表大契特大桥桩孔钻爆孔网参数设计④爆破振动检算依据《爆破安全规程》（GB6722-86）提供的质点振动速度衰减规律公式（萨式公式）V=K（Q1/3/R）α检算。结合现场实际，以最不利桩孔为基础取计算参数。取K=300，α=1.8，Qmax=2850g，R=200cm，则V=2.56cm/s，满足一般砖房、非抗震大型砌块建筑物安全振动速度2~3cm/s的要求。根据具体情况，依据上述公式，计算在某些桩孔，最大单响药量可取到Q=3500Kg，并保证控制在安全振动速度的要求范围之内。⑤防护设计遵循就地取材、节支降造、安全、有效原则，确定采用浸湿稻草多层防护方案。见附图⑥爆破警戒部署：负责人由派出所所长担任，警戒人员在上岗前培训并考试合格；采用视觉和听觉两种警戒方法。⑦其它安全注意事项（略）7㈡爆破成孔施工工艺⒈施工工艺流程详见“挖孔灌注桩爆破成孔施工工艺流程框图”⒉工艺详述⑴施工准备①技术准备：测量放样，复核桩孔中线和高程，编制爆破方案设计，下达施工技术交底。②工机料准备：主要包括劳力（炮工、测工及其它辅助人员）准备、火工器材等材料准备，空压机、手风钻及其耗材、风镐、污水泵、卷扬机等机具的维修、保养。③辅助条件准备：包括风水电准备、孔口防雨及防排水准备、安全保障措施准备等。⑵炮孔布置作业班班长按技术交底实地布孔，布孔时，避开大的节理裂隙，若无法避开时，应在裂隙附近增加一个钻孔。位于裂隙处的钻孔做为空孔，不装药，视为增加的临空面。这样做有三个好处：一是节省火工器材；二是对于周边孔可以避免桩周围岩的深层次扩松、扰动，影响成孔质量；三是减弱爆破地震动。⑶炮孔钻凿①桩孔作业面狭小，仅容一人施钻，其它人员在孔口做辅助工作：开停风、递入或提出材料、器具或废弃物以及保8障安全。炮孔钻凿做到：炮孔深度、竖直度或斜度（内斜和外斜角）、炮孔间距和抵抗线等最大程度地符合设计。②掏槽眼斜向中心，与水平面夹角70°~80°，掘进眼呈竖直状或略向中心线倾斜，周边孔略向桩孔外斜，外插角1~2°。掏槽眼钻深较掘进眼和周边眼深10~20cm。钻孔时，应根据工作面凹凸状况确定实际炮孔钻深，以保证爆破基底（下一循环工作面）平整。③钻成炮孔的保护：由于桩孔渗水严重，为避免流砂、钻屑或岩块进入炮孔，应做到钻完一孔立即检查，立即用稻草或浸湿水泥袋堵塞；同时，在钻凿过程中，视积水量大小，及时用污水泵或人工排水。④粉尘与有害气体排除：在钻孔时会产生粉尘和有害气体。采用湿式钻孔方式，尽量减少粉尘；为方便起见，钻孔过程中，利用压缩空气采取间断通风方式置换桩孔内的污浊空气。⑶炮孔检查钻凿完成后，由作业班班长负责检查炮孔成形质量和炮孔数量，详做记录，并立即将记录结果反馈到爆破设计人员处，以便及时调整炮孔药量或更改爆破方法。⑷爆破警戒在装药前即布置警戒。要点是将附近房屋内人员劝离至爆破安全距离之外（以防万一），对施工区内的机具和居民9房屋等做必要的防护，在各路口处布置警戒人员暂时中断交通，警戒期间，严禁任何非爆破作业人员进入警戒区内。⑸装炸药、安装起爆药包根据技术交底，准备火工器材并加工起爆药包，逐孔如数安装炸药。①装药顺序由于作业面狭小，装药时应按炮孔类别依次进行，起爆药包和炸药亦按炮孔类别和非电管雷段别分次递送。最佳装药顺序依次为周边眼、掘进眼、掏槽眼；之所以依此顺序，是因为考虑到作业人员的动作要求，如果先装掏槽眼和掘进眼，由于周边孔装药半径大，作业人员不得不转动身体，导爆管易被踩破，造成拒爆；而在先完成周边眼和掘进眼装药的情况下，作业人员不转动身体即可完成掏槽眼的装药过程。②爆破网络防水措施由于孔内水量较大，为防止拒爆情况发生，炸药采用φ32mm×170g乳化炸药；非电雷管选用防水型导爆管雷管，同时，为预防万一，在将雷管插入炸药后，轻轻揉捏炸药，以使雷管头与导爆管接合处被炸药密封，同时轻捏炸药破口处，以保证导爆管雷管被乳化炸药严密包裹，这些工作完成后，用胶布在炸药破口处将导爆管与炸药固定在一起，防止移位。实践证明，这种做法很有效。为防止导爆管头处浸水，10在安装起爆药包时，将导爆管用线绳悬吊由辅助人员提携；导爆管预留一定的松垂度，以满足安装长度要求，亦可避免导爆管在爆破过程中被冲击、拉断。③为防止流砂、流泥、岩屑或岩块在装药过程中进入、堵塞炮孔，装药时，先排水、清除泥砂，并做到逐一开孔（小心去除堵塞物），逐孔装药。遇到排水无效而只能水中装药的情况，一方面做好防止炸药上浮的措施（一般采用水泥袋子浸湿后将炸药和起爆药包固定在孔内，同时起到堵孔作用），另一方面，在开孔之前，先将炮孔周边的泥砂轻轻地推移到已装完药的炮孔侧，要求动作轻缓，以免扰动泥砂。④认真记录逐孔如实记录装药和堵塞情况，以利信息反馈。⑹编束、联网①装药完成并确认无遗漏后，即时将导爆管用细线或用回收的报废导爆管分组捆绑成束，以防散落在孔底被踩破或浸水或进入异物，防止导爆管受潮影响爆轰波传递。整个联网过程，应做到快速有序。②联网：用联接元件——四通——将导爆管联结（即联网），为防止四通联结浸水或进入异物阻断爆轰波的传递而引发拒爆，联网时，逐一检查每个联结，确认四通内无异物或异物被清除并保持干燥后，再实施联结，同时，用胶布缠绕、密封联结处，以防浸水；将导爆管端头切除20cm，以11确保导爆管内无异物进入。⑺防护层设置①因该项目周围环境复杂，须确保无一石块飞出孔外，故采用多层防护形式。防护材料使用浸水后的稻草覆盖。底层防护层直接铺放在工作面上；二层防护设在桩孔深度之半位置，具体方法是先用一定强度的线绳将支撑物（圆木或竹排）吊在事先确定的位置，然后，将稻草小心铺放在上面；第三层防护即孔口防护：将支撑物直接摆放在孔口处，在上面铺放稻草。每层防护的稻草铺放厚度一米左右，在环境条件极为复杂的桩孔，则在孔口稻草层上码放一层砂袋，确保万无一失。②爆破网络联结与防护层施工交叉进行，为避免相互干扰，导爆管束偏于桩孔一侧贴近孔壁悬吊，同时，向孔内递送稻草和稻草铺放时，应小心谨慎，避免伤及导爆管及其联结。③严禁使用硬质板或与其相当的覆盖物如木板、铁板等。⑻在确认导爆管联结满足要求、防护层设置妥当且完成孔口最后一道防护层后，并确认周围环境条件已具备爆破条件后，联结起爆线，引爆。⑼爆破后，不能立即进入工作位置，需有安全等待时间，一般需10min~15min