孔外爆破處理深孔樁基硬巖斜向孤石施工技術(shù)

楊裕堯

(京福閩贛鐵路客運專線有限公司,福州 350013)

1 工程概況

京福鐵路客專(閩贛段)螺絲排特大橋,中心里程DK505+336.080,全長896.5.5 m。樁基礎(chǔ)采用嵌巖、群樁基礎(chǔ),設(shè)計嵌入弱風(fēng)化碎裂花崗巖W2不小于1.5 m。下伏基巖為碎裂花崗巖,基巖強(qiáng)度400～1 500 kPa。設(shè)計孔徑為1.25 m,應(yīng)鉆孔深位于10～30 m,基樁總數(shù)256根。

采用沖擊鉆機(jī)施工,部分樁基礎(chǔ)在鉆進(jìn)過程中,遇見斜向孤石。開始時,采用拋填片石或者回填高強(qiáng)度混凝土的糾偏措施進(jìn)行糾偏處理,但效果甚微；采用地質(zhì)鉆機(jī)在原孔位外側(cè)鉆孔,而后進(jìn)行深孔弱爆破的施工技術(shù),成功對斜向孤石進(jìn)行了松動爆破。

2 工藝原理

首先確定孤石傾向。然后,采用地質(zhì)鉆機(jī)在原孔位外側(cè)實施鉆孔,鉆孔的孔位與樁基礎(chǔ)邊緣距離可取30～50 cm。當(dāng)鉆機(jī)鉆進(jìn)垂直通過斜向孤石時,撤離鉆機(jī),安放φ100 mm的PVC塑料管。然后取一定長度的φ60 mm PVC塑料管,裝滿乳化炸藥,吊放到孤石部位,爆破員使用毫秒雷管引爆炸藥。最后拋填片石重新進(jìn)行糾偏處理,橋樁成孔質(zhì)量滿足設(shè)計及《客運專線橋梁工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)[2005]160號)技術(shù)要求。

2.1 孤石傾斜方向判定方法

在沖擊鉆鉆孔遇到斜向孤石時,鉆機(jī)鋼絲繩會發(fā)生向孔位的一側(cè)傾斜,依據(jù)鋼絲繩傾斜的方向可以判斷下伏斜向孤石巖面傾斜的方向。

2.2 地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔孔位放樣資料計算方法

(1)方位確定

按此工法要求,實施深孔松動弱爆破,需要在斜向孤石巖面傾斜向上的一側(cè)進(jìn)行鉆孔,因此,鉆孔孔位應(yīng)該選在原設(shè)計孔位中心到孤石基巖傾向上方的一點連線的外側(cè)。

(2)爆破孔位距離確定

一般偏巖孤石在孔底所處的位置距離孔口不大于30 m,擬實施爆破的孔位距離樁基礎(chǔ)孔位邊緣可取30～40 cm。

在圖1中,由于偏巖孤石在孔底所處的位置距離孔口29 m,放樣孔位應(yīng)該為原設(shè)計孔位中心到孤石基巖傾向上方的一點連線的外側(cè)30 cm處。

圖1 斜向孤石計算圖示(單位：m)

2.3 爆破設(shè)計

(1)爆破單耗的確定[1～2]

考慮到孤石位于地面以下很深部位,藥量太小可能起不到松動作用；藥量太大,容易使圍巖過度破碎,也會對相鄰樁基礎(chǔ)造成破壞。參照相關(guān)文獻(xiàn),此弱風(fēng)化碎裂花崗巖爆破單位炸藥消耗量選用5.1 kg/m3。

(2)裝藥結(jié)構(gòu)

基巖為碎裂花崗巖的孔內(nèi)采用連續(xù)裝藥方法[3],將炸藥筒頂端吊放至與孤石頂面平齊處,非裝藥段全部用黃泥充填密實。

(3)裝藥方法

先將炸藥裝入φ60 mm、長度經(jīng)過計算的PVC塑料管,制成炸藥筒。按照單孔炸藥消耗量選用5.1 kg/m3的用量,則每90 cm長炸藥筒需裝入炸藥1.4 kg,裝藥時只要把炸藥筒順φ100 mm PVC套管下放即可。

(4)起爆方法

一次使用1個毫秒雷管,采用1次起爆方法。

2.4 φ60 mm PVC塑料管長度計算

由于單管乳化炸藥的長度為32 cm,直徑為30 mm,依據(jù)多次試驗結(jié)果,選定φ60 mm PVC塑料管比較適宜,所以PVC塑料管的長度應(yīng)該為32 cm的整數(shù)倍。

以圖1為例,計算φ60 mmPVC塑料管的長度L0≈(-15.578-(-18.647))=3.01 m。

由于9節(jié)單管乳化炸藥串聯(lián)長度為288 cm,所以建議要對計算所得φ60 mm PVC塑料管的長度L0進(jìn)行調(diào)整,調(diào)整后的長度為L1=288 cm。

3 施工工藝流程及操作要點

3.1 施工工藝流程

施工工藝流程為：施工準(zhǔn)備→地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔→安裝PVC塑料管→安放炸藥并起爆→拋填片石糾偏→鉆進(jìn)→成孔。

3.2 操作要點

3.2.1 施工準(zhǔn)備

(1)了解地質(zhì)勘察資料,了解樁基礎(chǔ)施工時所遇到的斜向孤石所處的深度、巖石強(qiáng)度及巖面傾斜方向。

(2)在斜向孤石巖面傾斜向上的一側(cè),平整場地。

(3)在距離孤石巖面傾斜向上的一側(cè)進(jìn)行測量放樣,確定孔口高程。鉆孔的孔位與樁基礎(chǔ)邊緣距離可視斜向孤石的深度來確定,以圖1為例,孔位可選在距離樁基礎(chǔ)邊緣外30～40 cm處。

(4)準(zhǔn)備φ100 mm的PVC塑料管,塑料管長度視孔深而定。φ60 mm PVC塑料管,長度視斜向孤石的厚度而定,考慮安放炸藥的塑料管在孔底可以懸空一段距離及頂部必須與斜向孤石頂部平齊；細(xì)繩,長度需考慮始孔深但要富余,細(xì)繩主要是用來吊放安放炸藥的PVC塑料管。以圖1為例,φ100 mm的PVC塑料管的長度須大于31 m；φ60 mm的PVC塑料管長度等于2.88 m為宜,細(xì)繩長度選擇40 m為宜。

(5)安放地質(zhì)鉆機(jī),準(zhǔn)備鉆孔。

(6)到公安部門辦理爆破手續(xù),然后準(zhǔn)備毫秒雷管、導(dǎo)爆管、乳化炸藥,聯(lián)系持有操作證的爆破員。

3.2.2 地質(zhì)鉆機(jī)鉆孔

(1)鉆進(jìn)時需控制鉆進(jìn)速度,鉆進(jìn)速度不能過快,否則孔位垂直度難以保證質(zhì)量。

(2)控制垂直度不應(yīng)大于1%。

(3)成孔直徑一般以110 mm為宜。

(4)為保證爆破效果,視斜向孤石的強(qiáng)度和面積大小確定鉆孔數(shù)量。一般可鉆1個孔或3個孔,鉆孔平面位置間距可視孔深確定,以圖1為例,可選間距300 mm為宜。

(5)鉆進(jìn)的孔底一般以剛好打穿孤石為宜。

(6)鉆孔過程中,需確定斜向孤石所處的深度區(qū)段。

(7)鉆孔完成后,撤離鉆機(jī)。

3.2.3 安放φ100 mm PVC塑料管

(1)為防止地質(zhì)鉆機(jī)已鉆孔坍塌,在地質(zhì)鉆機(jī)成孔后,需安放φ100 mm PVC塑料管做護(hù)壁。

(2)為安裝方便,分段長度以2 m為宜,分節(jié)間要安裝連接牢靠,以防止PVC塑料管在吊放的過程中出現(xiàn)節(jié)段分離。

(3)一直把PVC塑料管安裝吊放到孔底。

3.2.4 安放炸藥并起爆

(1)炸藥在吊放前,需由持有爆破員證的爆破員,將炸藥連同起爆電雷管、導(dǎo)爆管一同安放到φ60 mm PVC塑料管內(nèi)。同時,將導(dǎo)爆管用膠帶固定在吊放的細(xì)繩上,導(dǎo)爆管的松弛度要適中,以防止在吊放炸藥的過程中,由于繩子的彈性增長拉斷導(dǎo)爆管。

(2)在φ60 mm PVC塑料管安放炸藥的有效長度可視斜向孤石的厚度而定,一般不宜超過斜向孤石的厚度,以圖1為例,φ60 mm PVC塑料管長度等于2.46 m為宜。安放時,安放炸藥的塑料管頂部與斜向孤石頂部平齊。

(3)已安放完成的PVC塑料管兩端用黃泥封堵密實。

(4)吊放炸藥時,需先確定吊放孔位和垂放深度。當(dāng)鉆孔為3個孔時,吊放到中間孔位。垂放深度需距孔底懸空一段深度。炸藥的懸空深度需視已經(jīng)探明的斜向孤石的厚度而定,參數(shù)需要在施工的過程中進(jìn)行調(diào)整。

(5)垂放炸藥時,在PVC塑料管穿放1根φ20 mm,長2 m鋼筋,以增加下沉速度。

(6)吊放炸藥工作完成后,由爆破員引爆毫秒雷管。

3.2.5 投放片石繼續(xù)糾偏

(1)片石強(qiáng)度不應(yīng)低于被處理的斜向孤石強(qiáng)度。

(2)糾偏時鉆進(jìn)速度不能過快,落錘要穩(wěn),選擇有經(jīng)驗的鉆機(jī)操作手進(jìn)行操作。

(3)一次投放片石量高于偏壓孤石頂面1 m為宜。

(4)如果發(fā)現(xiàn)鉆進(jìn)工程中,鋼絲繩偏斜距離超限,重新投放片石。

(5)片石粒徑要適中,不宜過小,也不宜太大,一般在20～40 cm為宜。

3.2.6 鉆進(jìn)

(1)鉆孔時,鉆速不得過快或者驟然變速；孔內(nèi)棄土不得堆積在鉆孔周圍。

(2)沖孔時,非作業(yè)人員不得進(jìn)入沖擊區(qū)域范圍內(nèi)。

(3)鉆進(jìn)時,泥漿比重要滿足施工需要。

(4)在高壓線或者營業(yè)線附近施工,應(yīng)有防觸電和防設(shè)備傾覆措施。

(5)停鉆時,鉆頭應(yīng)提出孔外并放置在安全位置。

3.2.7 成孔

(1)提升鉆頭到接近護(hù)筒底緣時,應(yīng)減速平穩(wěn)提升。

(2)孔深符合設(shè)計要求后,必須用檢孔器檢測孔徑、孔形及垂直度。

(3)用吊車吊放檢孔器時,吊放速度要平緩,并設(shè)專人指揮。

(4)檢孔器檢測合格后,方可進(jìn)入下道工序。

4 應(yīng)用效果分析

(1)經(jīng)濟(jì)效益分析

與孔內(nèi)鉆孔后實施水下爆破工法相比,用地質(zhì)鉆機(jī)在原孔位外側(cè)鉆孔,對斜向孤石實施爆破,具有處理效果顯著,處理時間短等優(yōu)點。以螺絲排特大橋為例,節(jié)約糾偏處理費用20萬元,縮短工期3個月,取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。

(2)社會效益分析

成樁時間大大縮短,成樁質(zhì)量能夠滿足《客運專線橋梁工程施工質(zhì)量驗收暫行標(biāo)準(zhǔn)》(鐵建設(shè)[2005]160號)要求,施工安全、質(zhì)量得到可靠的保證，解決了孔外爆破處理深孔樁基硬巖斜向孤石問題,對目前鐵路客運專線的橋梁施工有廣闊的應(yīng)用前景,具有很好的社會效益。

(3)環(huán)保效益分析

采用此工法,可以縮短深孔樁基的糾偏時間,可以減少沖孔時所需要的回填片石或者回填高強(qiáng)度混凝土的工作量,從而減少了沖擊成孔所需的用水量,減少了沖孔時浮渣所需泥漿及沖孔所產(chǎn)生巖渣的外運量,從環(huán)水保角度來講,也取得了很好的效益。

5 結(jié)論

與孔內(nèi)爆破糾偏方法相比,用地質(zhì)鉆機(jī)孔外鉆孔再對斜向孤石實施爆破,具有處理成本低,處理效果顯著等優(yōu)點；可以縮短成樁時間,施工安全、質(zhì)量得到可靠的保證；減少了沖孔時浮渣所需泥漿及沖孔所產(chǎn)生巖渣的外運量。在整個施工過程中,始終以“精心組織、精心施工、嚴(yán)格監(jiān)控、及時調(diào)整”為原則,嚴(yán)格按照施工工藝進(jìn)行施工,并時刻把安全生產(chǎn)放在首位,對周圍環(huán)保進(jìn)行嚴(yán)格控制,使施工進(jìn)展順利,結(jié)果達(dá)到了預(yù)期的目的。

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