靜態(tài)破碎劑在抗滑樁堅(jiān)硬巖石開挖中的應(yīng)用* 

亢會(huì)明1．2　　李束為2　　 張建良2

(1重慶大學(xué)　西南資源開發(fā)及環(huán)境災(zāi)害控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室  重慶  400044) (2中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司  成都  610017)

摘要  某滑坡治理工程抗滑樁緊鄰天然氣井及集、輸氣管道施工，不允許采用普通爆破方法進(jìn)行施工，為保證安全和加快施工進(jìn)度采用了靜態(tài)破碎方法，通過現(xiàn)場試驗(yàn)，確定了堅(jiān)硬石英砂巖的靜態(tài)破碎設(shè)計(jì)參數(shù)，取得了良好效果。

關(guān)鍵詞  抗滑樁，堅(jiān)硬巖石，靜態(tài)破碎劑

分類號(hào)  　      　　       文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 　   　    文章編號(hào)

application of static explosives in excavation of hard rocks of anti-sliding pile

kang huiming1．2，li shuwei2，zhang jiangliang2

(1 key lab. for the exploitation of southwest resources and the environmental disaster control engineering, ministry of education, chongqing university,  chongqing 400044 china)

(2 china petroleum engineering co., ltd southwest company 610017  china)

abstract  in some landslide regulatory works, anti-sliding piles adjoins gas well and pipeline. the normal blasting could not be used in construction. so, static exploding method is applied in anti-sliding pile construction for safety and shorting construction period. furthermore, static exploding designing parameters of hard are obtained in in-situ experiment and come up to fine result.

key words  anti-sliding pile，hard rocks，static explosives

1．概述 

抗滑樁是滑坡治理施工中Zui常用的抗滑結(jié)構(gòu)之一，由于樁孔斷面大，一般都大于1.25m，無法用鉆孔機(jī)械進(jìn)行樁孔施工，只有采用人工開挖。抗滑樁施工中如果遇到堅(jiān)硬巖石，靠人工施工非常困難，有時(shí)甚至無法保證正常施工?；轮卫砉こ淌┕ぶ幸话悴辉试S使用炸藥進(jìn)行爆破開挖，對(duì)于堅(jiān)硬巖石也只允許在保證不影響滑動(dòng)的前提下采用小藥量進(jìn)行控制爆破，以免爆破產(chǎn)生的強(qiáng)烈震動(dòng)及沖擊波等影響滑坡穩(wěn)定性[1－2]。

重慶氣礦某井場滑坡采用8根抗滑樁進(jìn)行加固，抗滑樁距井口Zui近只有6m，距集輸氣管道Zui近只有0.5m。該氣井為高含硫氣井，施工要求十分嚴(yán)格，必須確保井場內(nèi)的設(shè)施及集輸氣管道不受破壞，如果氣井或集輸氣管道受到破壞，導(dǎo)致氣井、集輸氣管道斷裂，高含硫天然氣一旦外泄，對(duì)國家財(cái)產(chǎn)和人民的生命安全將造成巨大損失，其后果不堪設(shè)想。

抗滑樁為方樁，在覆蓋層中樁徑為2.0m×2.0m，在基巖中樁徑為1.6m×1.6m，樁底嵌入基巖中5.0m。樁孔開挖過程中，在坡殘積層碎石土中遇到了大塊的中等風(fēng)化的砂巖塊石，Zui大塊度超過2m，巖體堅(jiān)固性較好，其普氏系數(shù)f為7~8，人工開挖非常困難；基巖中有一巨厚層石英砂巖，巖體堅(jiān)固性好，普氏系數(shù)f為12，巖體完整體好，基本未風(fēng)化，無節(jié)理、裂隙，用人工方法無法進(jìn)行正常施工。由于抗滑樁緊鄰天然氣井及集輸氣管道，不允許采用爆破方法進(jìn)行施工，為保證施工安全，在樁孔施工中采用了靜態(tài)破碎技術(shù)進(jìn)行堅(jiān)硬巖石的破碎，效果較好。

靜態(tài)破碎技術(shù)是利用靜態(tài)破碎劑水化膨脹后對(duì)孔壁產(chǎn)生徑向壓力（Zui大可達(dá)122mpa），當(dāng)徑向壓力在孔壁切向上引起的拉應(yīng)力大于巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖石就被破碎，因此可以在無震動(dòng)、無沖擊波、無飛石等條件下破碎巖石，具有非常高的安全性[3－4]。

2．靜態(tài)破碎方案及參數(shù)設(shè)計(jì)

根據(jù)被破碎巖石的物理力學(xué)性質(zhì)及邊界條件的不同，在使用不同的靜態(tài)破碎劑進(jìn)行破碎時(shí)應(yīng)該通過現(xiàn)場試驗(yàn)選用不同的施工方案及參數(shù)。

2.1 靜態(tài)破碎劑選擇

由于坡殘積層碎石土中的砂巖塊石，Zui大塊度超過2m，巖體堅(jiān)固性較好，其普氏系數(shù)f為7~8；基巖中的巨厚層石英砂巖，巖體堅(jiān)固性好，普氏系數(shù)f為12，巖體完整體好，基本未風(fēng)化，無節(jié)理、裂隙，而且在開挖過程中只有一個(gè)自由面，因此，必須選用能提供較大膨脹力的靜態(tài)破碎劑，經(jīng)比選后采用了四川宜賓產(chǎn)超力牌靜態(tài)破碎劑。其膨脹力Zui大可達(dá)到122mpa；Zui大膨脹力出現(xiàn)Zui短時(shí)間可在10分鐘內(nèi)，反應(yīng)時(shí)間可在10分鐘至10小時(shí)之間任意調(diào)節(jié)。

2.2 鉆孔布置設(shè)計(jì)

對(duì)于靜態(tài)破碎，臨空面（自由面）越多，單位破石量就越大，經(jīng)濟(jì)效益也就越好[5]。由于樁孔開挖時(shí)只有一個(gè)臨空面，因此在對(duì)樁孔中塊石及基巖破碎前應(yīng)盡可能多地創(chuàng)造臨空面。

坡殘積層碎石土中的砂巖塊石塊度大小不一，對(duì)于塊度小于樁孔的塊石，要盡量將塊石周圍的土層全部剝掉，將整個(gè)塊石暴露出來，以增加臨空面，鉆孔按十字網(wǎng)格狀布置，采用垂直孔鉆穿整個(gè)塊石，同一排鉆孔要布置在同一平面上，并盡可能地和臨空面平行，如圖1(a)所示。在裝藥時(shí)按“先四周，后中央”的順序進(jìn)行全孔長灌注。

對(duì)于長寬兩個(gè)方向塊度都大于樁孔的塊石，鉆孔按十字網(wǎng)格狀布置，對(duì)于深度超過2m的塊石采用分次破碎，每次破碎進(jìn)尺2m；深度方向小于2m的，采用垂直孔鉆穿整個(gè)塊石，同一排鉆孔要布置在同一平面上，如圖1(b)所示。在裝藥時(shí)按“先四周，后中央”的順序進(jìn)行全孔長灌注。

對(duì)于基巖的破碎，先在中間鉆兩排密集垂直孔，裝藥破碎后將碎石掏出，形成槽形空間，增加臨空面，以方便兩側(cè)巖體的破碎；然后再鉆周邊孔及輔助破碎孔，周邊孔采用斜孔，孔口距開挖輪廓線5cm，孔底落在開挖輪廓線上；輔助破碎孔采用垂直孔；同一排鉆孔要布置在同一平面上，如圖2所示。裝藥時(shí)全孔長灌注，先裝輔助破碎孔，再裝周邊孔。

圖1　塊石靜態(tài)破碎鉆孔布置示意圖（單位：cm）

fig.1 the arrangement plan of drill holes in static exploding of block stone

圖2　基巖靜態(tài)破碎鉆孔布置圖（單位：cm）

fig.2 the arrangement plan of drill holes in static exploding of bedrock

2.3 鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)

2.3.1  孔距與排距

孔距與排距的大小與巖石硬度有直接關(guān)系，硬度越大，孔距與排距越小，反之則大；孔距與排距的大小與巖石硬碎效果及施工成本有直接關(guān)系，孔距與排距越大，破碎效果越差，成本越低，孔距與排距越小，破碎效果越好，但是成本越高，因此要通過現(xiàn)場試驗(yàn)確定適宜的破碎參數(shù)?？拙嗯c排距布置的經(jīng)驗(yàn)值見表1。

通過現(xiàn)場試驗(yàn)，確定的靜態(tài)破碎參數(shù)如下：

砂巖巖塊（普氏系數(shù)f為7~8）塊度小于樁孔孔徑的，孔距采用40cm；排距采用50cm，參見圖1(a)。砂巖巖塊塊度大于樁孔孔徑的，外圈孔與次圈孔排距35cm；內(nèi)圈孔與次圈孔排距40cm；外圈孔四個(gè)角孔與相鄰孔的孔距為35cm，其余外圈孔的孔距為40cm；次圈孔及內(nèi)圈孔的孔距40cm，參見圖1(b)。石英砂巖（普氏系數(shù)f為12）的掏槽孔孔距與排距均為20cm；掏槽孔與輔助破碎孔排距為40cm；輔助破碎孔與周邊孔的排距為30cm；輔助破碎孔與周邊孔中間兩個(gè)孔的孔距為40cm，其余孔距為30cm，參見圖2。

表1　　鉆孔孔距與排距經(jīng)驗(yàn)值

table 1 empirical value of spacing of drill holes and array pitch

 巖石硬度

f=4

f=6

f=8

f=12

孔距（cm）

50--100

40

30

20

排距（cm）

80

50

40

30

2.3.2  鉆孔孔徑

鉆孔直徑與破碎效果有直接關(guān)系，鉆孔過小，不利于藥劑充分發(fā)揮效力；鉆孔太大，易沖孔。根據(jù)我國目前靜態(tài)破碎成熟的經(jīng)驗(yàn)，鉆孔孔徑選為42mm。

2.3.3  鉆孔深度和裝藥深度

砂巖巖塊塊度小于樁孔孔徑的，鉆孔鉆穿整個(gè)塊石。砂巖巖塊塊度大于樁孔孔徑的，對(duì)于深度超過2m的塊石采用分次破碎，每次破碎進(jìn)尺2m；深度方向小于2m的，采用垂直孔鉆穿整個(gè)塊石。石英砂巖中鉆孔深度85cm，每次破碎進(jìn)尺80cm。

將靜態(tài)破碎劑直接裝至孔口，全孔長裝藥。

2.3.4  配漿、裝藥

將鉆孔內(nèi)余水和余渣用高壓風(fēng)吹洗干凈，孔口旁清理干凈至無土石渣后將藥劑加30%左右的水（重量比）拌成流質(zhì)狀（充分?jǐn)嚢韬舐杂杏嗨?，迅速倒入孔?nèi)并用略小于鉆孔的捅桿搗實(shí)捅緊。

巖石開裂后，立即向裂縫中加水，以支持藥劑持續(xù)反應(yīng)。

藥劑反應(yīng)時(shí)間控制在15~30分鐘為宜，以利于加快施工進(jìn)度。

3．結(jié)語

該滑坡治理工程抗滑樁施工中采用以上參數(shù)，用靜態(tài)破碎劑對(duì)堅(jiān)硬巖石進(jìn)行破碎，施工中無震動(dòng)，無沖擊波，無飛石，保證了施工安全和工期，取得了較好的效果。靜態(tài)破碎施工成本相對(duì)稍高，而且靜態(tài)破碎劑產(chǎn)生的能量不如炸藥爆破所產(chǎn)生的能量大，但是在某些特殊情況下采用靜態(tài)破碎技術(shù)是十分經(jīng)濟(jì)可行的，既可以保證周圍設(shè)施的安全，又能保證正常施工。在施工中應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件及巖體邊界條件的不同，通過現(xiàn)場試驗(yàn)，調(diào)整選用適宜的施工參數(shù)。

參 考 文 獻(xiàn)

1　徐邦東，滑坡分析與防治[m]，北京，中國鐵道出版社，2001

2　車永康，簡明爆破工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[m]，重慶，重慶大學(xué)出版社，1997

3　魏承景，謝逢午，靜態(tài)破碎技術(shù)[m]，南寧，廣西科技出版社，1989

4　劉鍵，靜態(tài)爆破研究、爆破與安全[m]，武漢，湖北科技出版社,1984

5　張愛莉，姚剛，靜態(tài)爆破的設(shè)計(jì)及應(yīng)用[j]，建筑技術(shù)，2002,33（6）

亢會(huì)明（1972－），男，漢族，陜西省人，2001年于重慶大學(xué)博士畢業(yè)，現(xiàn)在中國石油集團(tuán)工程設(shè)計(jì)有限責(zé)任公司西南分公司主要從事隧道及邊坡等巖土工程的勘察、設(shè)計(jì)及施工等工作，重慶大學(xué)西南資源開發(fā)及環(huán)境災(zāi)害控制教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室訪問學(xué)者。發(fā)表論文十余篇。

工作單位：中國石油集團(tuán)工程設(shè)有限責(zé)任公司西南分公司