爆破技术在冲孔灌注桩施工中的应用

爆破技术在冲孔灌注桩施工中的应用

由于大型混凝土注射桩，尤其是嵌岩桩的高刚性，近年来已在福建省的港口工程、桥梁建设、高层建筑和重型建设中得到广泛应用。在冲孔灌注桩施工中由于岩石坚硬,往往造成施工困难,直至延误工程进度;另外,由于冲孔灌注桩施工工艺的特殊性,常发生孔内卡锤事故。下面就多年从事冲孔灌注桩施工的经验谈谈爆破技术在冲孔灌注桩施工中的应用。1爆破质量引起的地震响应在福建沿海的灌注桩工程中,设计单位一般选择中-微风化岩或未风化基岩作为桩尖持力层;中微风化岩或未风化基岩的成孔虽可选用回旋钻机钻进的工艺,但无论其施工成本还是施工进度都远不如冲击成孔工艺;在冲击成孔过程中,冲击锤由于磨损锤体底部容易形成上大下小的锤形,这样当冲击成孔至中微风化岩层或未风化岩层时,由于掉石、掉物或未及时修补冲击锤就很容易造成卡锤,发生卡锤现象时,有时通过加大提升力可以解决,但卡得比较紧时又往往很难奏效,此时就应该选用其它切实可行的方法取锤,其中采用爆破的方法就是一种。由爆破引起的振动,常常会造成爆源附近的地面以及地面上的物体产生颠簸或摇晃(针对地面上的爆破而言,水下爆破也是如此),凡是由爆破所引起的这种现象及其后果,叫爆破地震效应。用爆破法处理卡锤事故正是利用爆破地震效应的原理,使冲击锤颠簸或摇晃,从而达到取出冲击锤的目的。用爆破法处理冲孔灌注桩施工中卡锤事故的关键之一,是一次起爆药量的确定,笔者根据多次取锤的成功经验以及有关爆破理论,建议一次起爆药量的确定参照下面的计算式:式中:Q——一次起爆药量(kg);n——经验系数,一般取n=2～5;R——锤瓣到爆破中心的最小距离(m)。用爆破法处理卡锤事故的具体施工方法为:首先将孔内冲击渣清除干净,特别是锤瓣间的冲击渣要清除干净,保证清孔后能用测锤量到孔底(或卡锤位置);然后用2～3节(约40～60g)普通岩石炸药辅以必要的配重(不宜用钢质材料)沉至孔底(或卡锤位置)并置于锤瓣间,此步骤要由有经验的人员完成,避免炸药贴着锤瓣而将冲击锤炸坏;引爆炸药,引爆的同时卷扬机提升冲击锤,这样取锤的成功率更高。2冲孔灌注桩桩段在冲孔灌注桩施工中,有时会遇到岩石特别坚硬的情况,此时用通常的冲击成孔的方法进度就很慢,成本也非常高;如果应用爆破技术先将坚硬岩石爆裂(松动爆破),就可加快施工进度,同时成本相应降低。福州港散货码头设计冲孔灌注桩桩径为1.8m,桩端需嵌入微风化岩5.4m。在冲孔灌注桩施工至微风化岩时发现施工进度缓慢,桩锤损坏严重。经地质钻探取岩样试验表明微风化岩强度高达185MPa。为保证工程质量,加快施工进度,施工单位征得建设单位及设计单位的同意,采用先将岩石爆裂(松动爆破)再冲击成孔的施工方案。2.1立地条件“自上而下地层分别为滚石(开山回填而成)、块碎石、残坡积粘性土、强风化花岗岩、中风化花岗岩、微风化花岗岩。见钻孔柱状示意图(图1)。2.2中风化砂岩顶面(1)搭设水上施工平台;沉放灌注桩施工的钢护筒;(2)冲击钻机就位,开始灌注桩冲击成孔至强风化花岗岩底面,中风化花岗岩顶面;(3)中风化花岗岩成孔:主要还是由卷扬机带冲击锥冲击成孔,由于岩石较坚硬,冲击锥损坏较严重,还可满足施工进度要求;(4)微风化花岗岩成孔:由于岩石坚硬,直接用卷扬机带冲击锥冲击成孔进度缓慢,冲击锥损坏非常严重,不能满足施工进度要求。采用松动爆破法先将岩石爆裂再冲击成孔,可加快施工进度,基本满足施工进度要求。2.2.1爆破孔道布置由于爆破对周围建(构)筑物的影响可能会导致建(构)筑物的破坏,所以本工程选用微差爆破来减少爆破对周围建(构)筑物的影响。嵌岩桩微差爆破施工方法是拟成孔的岩体内不同深度和不同平面位置上设置炸药包,通过微差技术控制炸药包的起爆时间和顺序,达到对拟成孔岩体松动爆破的目的。(1)由于微风化花岗岩面深度较大,用潜水钻机钻孔难度很大,选用XY-1型岩芯钻机沿拟成孔桩的周围钻孔,孔径选用100mm,以此将孔壁与桩孔内岩体(拟爆破岩体)分开,形成隔离空间;为保证钻孔位置符合爆破方案要求,采用孔口安置定位钢板的方法定位,定位钢板上预先在钻孔位置钻有孔洞。(2)在拟爆破岩体内布置9个爆破孔,孔深超过嵌岩深度400mm,以保证成孔深度满足嵌岩深度要求。在9个爆破孔的不同深度上放置炸药包,对拟成孔岩体进行松动爆破,从而最大限度地减少爆破地震波和水中冲击的影响,保证孔壁不受损伤。(3)用冲击锥对爆破后的岩体冲击,使其成为小块,再用返浆循环法或压风机清孔法将冲击渣清出孔外,从而达到成孔的目的。2.2.2爆炸参数的确定拟爆破岩体内布置9个爆破孔,分为三圈,外圈4个孔,内圈4个孔,中间1个孔。各孔的爆破参数如表1:2.2.3安全震动速度本工程重点考虑的是所成孔的孔壁稳定和钻孔平台的安全,为此必须考虑震动速度,确保质量和安全。根据“爆破安全规程”(GB6722-86)中爆破地震安全距离的规定,一般建筑物和构筑物的爆破地震安全性应满足安全震动速度的要求,该规程并对主要类型建筑物地面质点的安全震动速度作出如下规定:交通隧洞15cm/s;水工隧洞10cm/s;一般砖房2～3cm/s。在本工程中取安全震动速度为5cm/s,按此要求进行计算,则一次最大起爆药量为2kg;因此,只需将外圈炮孔分成5段,内圈炮孔分成4段,中间炮孔分成2段总计分成11段,最大一段的起爆药量控制在1.79kg,即可满足要求。2.2.4爆破参数选取出现冲击孔灌注桩(1)安全:从本工程爆破结果看,基本达到预期效果,即孔壁稳定,钻机平台只产生轻微摇晃。(2)进度:从本工程爆破结果看,扣除爆破准备(钻孔、装药)的时间,进度可比直接用冲击锥冲击提高3～5倍。(3)结论:松动爆破在冲击孔灌注桩的应用中只要正确选用各种爆破参数是可以达到预期的效果的;但本文选用的各种爆破参数不一定是最合理的,还有待工程实践中不断积累经验。3爆破质量(1)爆破方案的设计要请专业的爆破技术人员配合;