公路项目路基石方开挖静力爆破技术分析.pdf

总660期2023年第30期（10月 下）0 引言公路工程路基石方开挖是道路施工最基础的环节之一，施工中需投入大量的人力、物力、财力，施工难度较大，成本较高，严重影响工程整体施工进度。目前，常用的岩石破碎方式主要有人工破除法、机械破碎法、爆破法及静态胀裂剂爆破法等，具体应用时应根据工程实际情况、工期要求、地质条件等择优选用。其中机械破碎法主要用于大体积坚硬石块的二次破碎，其破碎效果优良，但由于噪声大、扬尘污染严重、施工效率低、对环境影响较大，常用于山体凿除施工中。爆破法是路基石方破碎最佳施工工艺，具有成本低、效率高、效果好等优点，但对于复杂环境中不宜使用。静力爆破最为一种新型爆破技术，不仅施工噪声小、效率高，且对环境无不良影响，可用于不宜采用机械破碎或爆破法施工的环境中，效果显著。1 工程概况某环城路改造工程，拟将原二级公路改造成城市主干路，公路周边商铺、楼房、山体较多，交通车流量、人流量较大，石方破除难度较大，采取封闭道路集中破除的施工方案难以实现，且爆破对周边建筑、环境影响较大，不具备施工条件。结合现场实际情况，经综合研究决定拟采用静力爆破技术施工。2 岩石静力爆破原理静力爆破主要利用钻孔机械对岩石实施钻孔，并向孔内注入静力爆破剂，通过爆破剂膨胀作用使岩石破裂，达到破碎岩石的目的。1）静力爆破剂是以生石灰为主要原料，掺入一定比例的化合物催化剂混磨而成，通过与水反应，生成膨胀性能优良的化学材料，被称为无声破碎剂。该材料为非危险品材料，不需要在公安部备案或办理爆破许可证，可利用正规手续采购、运输、保存及使用。2）静力爆破剂为无机盐粉末，成分较为复杂，包含铝、镁、钙、铁、硅、磷、钛等多种物质，与水混合形成浆液，注入岩石孔内，经化学反应，温度逐渐升高，形成强大的膨胀力，直接作用于岩石孔道内壁，在岩石内力约束下，膨胀力逐步增大，最大可达 50MPa，在钻孔内壁形成轴向应力，当应力作用超出岩石内部约束后岩层产生裂缝，进而使岩石碎化。3）岩石孔道加入膨胀剂后，30 min左右产生裂缝，在进行钻孔施工时，应严格控制钻孔直径、间距、深度等技术指标，以达到最佳膨胀效果，确保满足施工需求。静力爆破技术施工简便，普通施工人员便能完成施工，机械、材料获取方便，无须相关部门审批备案。但需进行大量钻孔作业，且破裂效果不易控制，环境、气温等条件均会在一定程度上影响破碎效果。4）现场试验检测表明，岩石静力爆破能显著增大药剂体积，表面积可增至 100倍以上，采用炮孔施工时，其膨胀力可达50 MPa以上。3 膨胀压力试验测定采用胶水将电阻应变装置黏结在钢管表面，并通过导线连接应变装置，然后用密封袋包裹钢管，将其放入水槽内，如图1所示。全面校核电阻应变仪精度，并取爆破剂1 kg与水均匀混合，制备成浆液注入钢管内，检测应变量，并根据式（1）计算出膨胀力P：P=Es()K2-12-（1）式（1）中：Es为钢管弹性模量，取2.06105MPa；P为膨胀力；K为钢管外、内径比，通常取1.2；为钢管圆周应变量，=0.3，=1，P=53.3 MPa。收稿日期：2023-02-28作者简介：马永连（1983），女，山西兴县人，高级工程师，从事道路与桥梁施工管理工作。公路项目路基石方开挖静力爆破技术分析马永连（山西路桥第六工程有限公司，山西 晋中030600）摘要：为解决城市道路改造工程交通压力大、周边建筑物较多、施工空间有限、不宜使用爆破及机械破碎施工的问题，结合某环城公路改造项目工程实践，提出静力爆破施工技术，阐述了岩石静力爆破的基本原理，分析了膨胀压力试验测定方法，总结了静力爆破工艺操作技术要点，并提出了施工阶段的安全、环保措施，供同类工程参考。关键词：公路工程；路基石方开挖；静力爆破中图分类号：U416.1文献标识码：B78交通世界TRANSPOWORLD单位：mm图1 电阻应变装置黏结图4 静力爆破施工技术要点4.1 静力爆破所需设备静力爆破施工前应充分准备好施工机具和材料，如凿岩机、空压机、钻头、钢钎、吹风管（25 mm钢管）、量筒（100 mL）、电子秤、水桶、防护设施（眼镜、手套）、全站仪、水准仪等。4.2 静力爆破工艺操作的主要技术要点静力爆破施工前，应严格按照爆破技术标准在大体积岩石表面钻孔，确保直径、间距、深度等满足标准要求，钻孔完成后将拌和均匀的静力爆破剂注入钻孔内，经化学反应产生巨大膨胀力，使岩石破碎，然后通过破碎机将破裂岩体进一步破碎，以便后续地基开挖。其施工工艺控制技术要点如下：1）静力爆破施工工艺流程如图2所示。图2 施工工艺流程2）确定施工参数。结合现场地质、气候、环境、温度等条件，合理确定爆破剂用量、水温、药剂温度等各项技术指标，并提前准备好所需施工机具。3）钻孔布设。按照静力爆破施工技术标准，并结合岩体实际尺寸大小，合理布设钻孔位置，确保各钻孔位置至少留设一个临空面，孔道应平行于临空面，钻孔间距、排距均控制在50 cm，根据岩石具体情况，合理确定钻孔深度，通常状况下，孔深不得小于2 m。4）钻孔。钻孔前，先清除岩体周围杂物，并根据岩体实际情况确定钻孔深度，即深度不得小于2 m，以岩体高度的85%为宜，钻孔内爆破剂填充应密实，并确保爆破剂装至钻孔底部。钻孔直径应根据岩体尺寸确定，大小应科学合理，当孔径过小时，不能有效发挥爆破剂膨胀力，达不到破碎效果，而孔径过大时，则容易造成冲孔问题。结合以往工程经验及本工程实际情况，确定孔径为42 mm，钻孔完成后，采用空压机进行清孔作业，确保彻底清除孔内水分及钻渣，清孔合格后，注入爆破剂开始爆破作业。5）爆破剂填充。钻孔应垂直或倾斜钻入，以质量比30%加入拌和水，将爆破剂均匀拌制成流塑状浆液，并准入孔内。为保证最佳膨胀效果，爆破剂粉末水灰比应控制在0.32范围。孔道呈水平向时，应采用吸水性较好的纤维袋将爆破剂填充至钻孔内，装填深度为孔道深度的90%。填充前，应将纤维袋和药剂置于清水中3060 s，根据“集中浸泡、完全吸水、顺序填充、分层捣实”的原则，将药剂顺序、分层填充至钻孔内。此外，还可将爆破剂拌和为流塑状，采用泵机将其注入钻孔内，在距钻孔口10 cm位置用黄泥封堵密实。6）当岩体产生裂缝时，应及时向缝隙中注水，以有效提升药剂反应速率，增强膨胀效果。7）采取分层、分段、顺序破除的原则进行大体积岩体破碎，根据岩体实际尺寸情况合理进行钻孔作业，由一侧向另一侧逐排推进。爆破剂填充应待第一排药剂完全反应后再进行下排装药。施工严格按照排孔装药，当实施单排孔施工时，应结合现场实际情况进行拌药，以确保准确性。施工时应保证取药、加水、拌药、转孔等各环节的科学实施，各排钻孔装药时间应保持一致，保证单排孔药剂同时产生膨胀作用，形成最大膨胀力，增强岩体破碎效果。8）爆破剂装填时应严格控制温度变化，检测药剂、水温是否满足要求。装填前已产生化学反应的药剂禁止装至钻孔内，当药剂产生冒气或温度升高时，表明药剂已开始反应。药剂装填应快速进行，自拌和至入孔再到试验检测，全程不得超过5 min。9）合理控制爆破剂反应时间。爆破剂施工时，应严格控制反应时间，以 1030 min为宜。药剂反应时间过短会造成冲孔问题，引发安全事故，威胁施工人员的生命安全。而药剂反应时间越长，其温度就越高，膨胀作用效果更加显著，膨胀力越高，破碎效果就越好。为保证膨胀剂反应时间达到最佳时机，拌和时可掺加0.5%6%的抑制剂，并对水温进行合理控制。通常状况下，夏天温度较高，应将药剂储存在阴凉、干燥处，防止药剂发生反应，拌和水温度应控制在15 以内。而冬季则应适当提高水稳或掺加促发剂，增大药剂反应速率。应严格按照破碎岩体尺寸、岩性、硬度等指标科学选用爆破剂，各种型号的爆破剂所具有的膨胀性能不同，应单独使用，严禁混用。79总660期2023年第30期（10月 下）10）钻孔与装药应同步进行，防止边钻孔边装药，严格按照单排孔装填顺序进行，一排装填完毕，可实施另一排孔装填。钻孔完成采用空压机进行清孔，待孔内温度恢复正常后开始药剂填充，装填完成后应及时进行封孔处理。11）填充药剂前，应对钻孔实施干湿度检测，确保满足施工要求。若钻孔过于干燥，应采用清水冲洗，确保温、湿度符合填充标准，防止影响爆破剂膨胀效果。12）静力爆破剂运输过程中应采取必要的防雨、防晒措施，开袋后应一次性用完，若单次使用较少，应在取药后及时封闭袋口，防止空气进入。同时，膨胀剂应检验合格后方可投入使用，储存时应单独存放，防止与其他材料混合存放。在进行药剂拌和时，应采取必要的安全防护措施，如佩戴口罩、手套等，若药剂反应过快或温升较大，应立即停止拌和，弃之不用。按照施工技术标准完成装药后，应安排专业负责看守，严禁无关人员靠近。爆破剂填充过程中，施工人员应全程佩戴手套和护目镜，岩体开裂前禁止向孔内观望，避免药剂膨胀浆液溅出损伤眼睛。同时，应尽可能采取防护措施，防止皮肤裸露，若药剂沾染皮肤，应及时用清水冲洗，防止对皮肤造成损伤。13）静态爆破完成后，岩体会裂解成体积较大的石块，无法直接清除，应采用破碎机进行二次破碎处理，待破碎合格后，通过挖掘机和自卸汽车运至指定位置，以备后期使用。4.3 施工阶段安全、环保措施1）建立健全安全管控机制。施工企业应建立有效的安全管控机制，组建安全管控小组，强化三级安全教育工作，定期组织安全教育培训，切实提高施工人员安全防护能力，保证施工安全。2）加强安全培训工作。施工企业应强化专职安全人员技能培训，提高专业知识和技能，增强应对突发安全事件的能力。同时，应进一步加大安全培训体系管理力度，严格保证各项安全措施的落实。3）合理配备安全管理人员。为最大限度保证安全监督效果，施工企业应结合工程实际情况，配备能力强、水平高的安全管理人员，提高现场安全监督管控水平，排除潜在施工安全风险，确保施工安全。4）加强现场环境保护。定期进行现场清理，确保施工区域整洁；在施工现场建立垃圾存放区，对建筑垃圾进行分类处理，并安排专人负责垃圾清运，保持现场干净、整洁。5）制定环保管理方案。结合工程具体状况，制定切实可行的环境保护方案，加强自身环保知识学习，全面了解国家环保法规、政策，营造环保、舒适的施工氛围。5 结束语综上所述，城市道路工程路基施工时，交通压力大、周围建筑结构较多、施工场地狭小、施工难度较大，采用传统爆破法及机械破碎施工，对周围环境影响较大，存在诸多不利影响。为此，本文案例工程施工单位经综合研究，确定采用静力爆破施工技术进行路基石方爆破，通过该技术的应用，显著提升了施工效率、降低了施工成本，保证了工程项目的顺利完成，并取得了良好的社会、经济及环保效益。参考文献：1 宁利锟.复杂城区硬岩地层深基坑静力爆破开挖技术研究以广州恒福路车站为例J.工程技术研究，2022，7（3）：54-55.2 杨天武.静态爆破技术在路基土石施工中的运用探索J.建材与装饰，2019（2）：222-223.3 宛志寰.静力爆破施工技术在隧道基坑开挖过程中的应用实践J.运输经理世界，2020（16）：59-60.4 牟晶.静力爆破施工技术在地铁风井基坑开挖中的应用研究J.陇东学院学报，2020，31（5）：41-45.5 张能志.弱风化灰质岩地质环境静力爆破技术应用研究J.科学咨询（科技管理），2020（7）：21-22.6 霍建科.静态爆破技术在高速公路石方开挖施工的应用J.设备管理与维修，2022（6）：151-152.80