关于深基坑特坚石静态爆破施工技术分析

2020-07-04 03:09郭景鹏
装饰装修天地 2020年10期
关键词:效益分析深基坑

郭景鹏

摘    要:近些年来城市化水平一直在提升,在邻近居民区开发新建工程项目越来越普遍,其中有些工程项目基坑较深且基底含大批量的特坚石,大大增加了工程建设的难度。采用炮机破碎比较困难,施工速度慢;采用常规炸药爆破不仅危害深基坑边坡安全,扰动地基并且较大的冲击波对四周建筑群及临近航线形成很大的安全威胁;通过不断的优化比选,深基坑内大量特坚石运用静态爆破的施工技术,能较好的避免强震动及冲击波,极大地降低地基扰动及对四周环境的影响。

关键词:深基坑;特坚石;静态爆破;效益分析

1  引言

通过结合三亚富华凯悦酒店项目的工程实例,总结各施工过程经验,形成了一套技术上先进、经济上合理的深基坑特坚石静态爆破施工技术,主要从该施工技术特点、工艺原理和施工操作要点等多个方面进行分析。该工程项目位于三亚市天涯区凤凰片,离三亚凤凰机场不足5km,飞机降落掠过项目上空;需爆破区的基坑开挖深度达6.49m~8.49m,基坑边坡采用钢花管+锚杆挂网喷混凝土支护;需爆破特坚石下伏厚度0m~4.5m,约5000m?。

2  静态爆破施工技术特点

2.1  施工简便

按照破碎水平需求,设计合理的炮孔孔径、孔距、角度,可实现“外科手术式”破裂特坚石的目标;预先钻孔、清孔后灌入静态破碎剂浆体(水灰比0.28~0.38)即可,施工操作方便簡单。

2.2  安全

静态破碎剂属不燃非爆品,应用静态破碎剂进行静态爆破是一项可预控的施工,无需采取复杂的安全措施,不会像普通炸药爆破产生震动、冲击、飞石,扰动地基,危害基坑、航班和行人、交通安全。

2.3  环保

静态破碎剂属于无公害、环保型产品,施工时不会爆发强噪、粉尘、飞屑、有毒气体等,临近居民生活和四周环境不会遭受影响。

2.4  经济

在炮孔灌入静态破碎剂后3-4个小时即可结束破裂,而且可连续不断地施工,效率高,投入低,无需像普通炸药爆破施工那样采取清场及做大范围的安全警戒。

3  工艺原理

静态破碎剂属于不燃非爆,无公害的制品,是含有元素铝,镁,钙,铁等的无机盐的粉末状物质。静态爆破技术就是应用装填充在特坚石钻孔中的静态破碎剂浆体产生水化反应,令破碎剂晶体变形,发生体积膨胀,从而缓慢地、静静地将膨胀压力(可达30MPa~50MPa)施加给孔壁,当压力在孔壁上发生的拉应力大于特坚石(抗拉强度为4-10MPa)的抗拉强度时,特坚石即被裂解。

4  施工操作要点

4.1  爆破结构调查

施工前须根据特坚石构造、作业条件、工程量、破碎程度、二次破碎措施、进度要求、地基情况进行详尽的考查;熟知特坚石性质、节理、走向和地下水情况,清楚被保护的对象。

4.2  爆破设计

(1)设计时,须依据特坚石的具体状况(岩石性状、破碎的块度等)确定钻孔的直径和深度、钻孔位置定位和爆破顺序等。

(2)按照特坚石的材质及块度要求,参考三亚的气候条件,并且根据JC 506—2008《无声破碎剂》,最终确定SCA-Ⅱ型作为本工程应用的静态破碎剂(使用温度允许值:10℃~35℃)。

(3)钻孔参数以及钻孔布置。

①孔径:孔径过小,则对孔壁引发的压力就小,有可能达不到破碎的效果,所以依据本工程的现实状况,应用YT20手持式风钻机钻孔,孔径按常规取[Φ]40mm。

②布孔方式:可依据实际状况梅花形或正方形布孔。

③孔间距:a=Kd,对花岗岩石K取值为(5~10),d为钻孔直径,取a孔距=排距b=0.4m。

④孔深;L=K1H,K1为实际作业过程中经验累计得出的系数,H为破碎体高度,对厚岩取K=1.05。

⑤药量单耗q:[Φ]40mm每米炮孔装填药密度为1.55kg/m~2.10kg/m。每米炮孔用药量见表1所示,平均单耗见表2所示。

(4)药量计算。

爆破用药量基本填充满钻孔,根据孔的总长度计算,参考孔径及孔距,单位孔长用药量可参照表2选择使用;破碎剂总用药量可以使用以下公式计算:

Q=V×q

式中:

V——特坚石体积(m3);

q——单位体积特坚石消耗破碎剂量(kg/m3)。

工程预算总用药量:静态爆破方量约5000m3×15㎏/m3=75000㎏, 预计采购SCA-Ⅱ型膨胀剂约75t。

4.3  钻孔施工要点

(1)如施工时温度较低、水灰比大、孔距大,则开裂时间就会过长,成效就降低。

(2)炮孔布置可根据结构的自由面而定,尽可能多地创造自由面,自由面多者破碎时间短。

(3)钻孔整体运用垂直孔,防止操作难度加大及填充时间增加。

(4)安排每次钻多个孔,并多组织工人同时灌浆,令每个钻孔内破碎剂的效能同时起作用。

(5)接近边坡部位的孔位需进行加密,以确保该部位先被裂碎。

(6)填充前需查看钻孔内含水状况,如有汲水性较强的钻孔,需先用净水湿润孔壁后填充,也可增加适量的水来配制浆体,防止孔壁过量汲取浆体中的水分,降低破裂的效果。

(7)根据“先前排,后后排”的灌入次序,灌浆时应有序,以免造成空气夹层。

4.4  配制破碎剂浆体

依照差异的气象条件确定适当的静态破碎剂,通常水灰比小,膨胀压力就大,反应时间就短。水灰比控制在0.28~0.38范围内,大于0.38则达不到膨胀的目的。将破碎剂和清水根据使用说明中配合比要求,使用搅拌枪在专用塑料桶中搅拌1min~2min,使浆体质地均匀并具有良好的流动性。

4.5  灌入破碎剂浆体

先清孔,保持孔内干燥无异物;垂直方向的孔,可用小木棒边引流边捣实。水平方向钻孔及斜向钻孔,利用挤压或泵送方式灌入孔内,然后用掺入速凝剂的水泥砂浆快速封堵孔口。控制好药面的高度,需比孔口低2cm。若选择分层(分次)破碎时,外排孔灌入破碎剂4h后,再填充里排孔。高温季节及加速破碎的情况下,须使用草帘子遮盖。搅拌后的浆体须及时使用,如已发烫则不得使用。

4.6  炮机进行处理、挖运清理破碎

经过3~4小时后,等破碎体完全胀裂,产生的一些相对较大的石块,采用炮机根据需要的大小再进行破碎,然后用挖掘机和自卸汽车配合,装运石方到指定地点。

5  质量控制

(1)设立质量管控小组,由项目技术负责人主持,对各个工序进行控制;工序之间应做好完工质量检查,未作检查或检查不合格不得进入下一工序施工。

(2)静态破碎剂的质量控制。材料进场后应进行复检,符合JC 506—2008《无声破碎机》强制性行业标准才投入使用,否则退场。做好防潮防晒措施,打开袋包装后要快速用完。破碎剂不得混用,同时不应混合其他化学物质。

(3)钻孔质量控制。按照考查的状况,拟定具体操作性的施工方案,现场技术人员依照方案中设计的孔位分布图测量放线,应用全站仪测定钻孔的角度,用钢皮卷尺测量钻孔的深度,并通过监理方复核。重点管控钻孔的深及角度。钻孔与水平面宜采用90°,钻孔直径宜取值38mm~42mm。岩石的硬度决定了孔距與排距,硬度大,则须减少孔距与排距,硬度小,则须适当加大孔距及排距,按照这个规则,通过现场实验来确定孔距与排距的大小。

(4)灌入破碎剂的质量控制。应用SCA-Ⅱ型静态破碎剂;不得边钻孔边灌入破碎剂浆体,要按步骤分次,钻孔按次钻完,灌浆按次灌成。禁止钻完孔后立即灌入破碎剂浆体,应用高压风枪将孔清洗完成,待孔壁温度降到常温后方可装药。具备灌浆条件之后再开始搅拌浆体,搅拌后应加快施工,快速用完。搅拌中如浆体温度快速上升、冒气,则不得继续使用。

(5)破碎剂反应时间的控制。①破碎剂反应时间通常设定在30min~60min,并可依据此,结合作业条件来测定破碎时间、破碎块度等参数。②温度要素也对破碎剂反应的快慢有着重要的影响,若温度高,则反应时间就短,温度低,反应时间则长。具体实施中管控浆体反应时间过短有两种措施,其一是在拌和水中掺入3%~5%的抑制剂,其二是将拌和水、破碎剂阴凉处存放,对岩石进行覆盖,管控好三要素的温度。严格把控好反应时间,尤其在高温季节,防止冲孔造成伤害事故。

(6)冲孔控制。①防止施工人员操作失当,动作过慢,甚至破碎剂浆体开始发热烫手仍在灌装,填充未捣实等。②避免温度预控不符合要求,在气温较高时,过量拌制破碎剂浆体;钻孔未用草帘遮挡被暴晒,抑制剂药量准备不充分,导致浆体反应过快等。③钻孔分布设计时要充分考虑,以防造成孔距和抵抗线偏大。④合理选用钻头,成钻孔直径不得偏大或者过小。⑤孔壁不得太过光滑。

6  安全环保措施

(1)严格落实安全生产责任制,做好做实爆破作业安全技术交底,并组织培训,培训不合格不准上岗。划定爆破作业安全区,挂设醒目的警示标识,并拉警戒线,在破碎剂浆体未充分作用前严防人员接近。

(2)设置专职安全员,对爆破施工全过程进行旁站监督。

(3)破碎剂为碱性物质,直接接触会对皮肤造成侵蚀,作业人员应全程戴好安全帽、防护眼镜、防护服、工作鞋及乳胶手套,从装填浆体到裂纹产生前严禁直视孔口,避免突发冲孔损害眼睛。

(4)破碎剂浆体填充结束后,用草帘子遮盖,然后撤离填充点。

(5)在破碎作业中需要临时变更反应时间时,要严格根据说明及试验结果参数掺入抑制剂或促发剂,不得掺入其它化学药品。

(6)静态破碎剂堆放按要求码放整齐,地面做防潮措施,库房建在地势较高、阴凉通风处。

(7)施工垃圾随时清理,施工现场要做到工完场清。

(8)施工污水排放:在施工现场须根据当地市政污水排放标准设置深沉池,对污水进行汇集沉淀处理符合要求后排放。

(9)已产生化学反应的静态破碎剂不得回收,不得就地乱扔;为消除土壤污染及侵蚀其它构筑物,应将还没反应结束的静态破碎剂浆体收至容器内,等化学反应完毕后同垃圾外运至专门处理点。

7  效益分析

7.1  社会效益

由于本工程位于三亚天涯海角旅游景区与西岛旅游景区之间,且在飞机降落航线之下,环境复杂,静态爆破施工技术能够在小震动、无飞石、低噪声、无毒气的情况下实施特坚石爆破,结构物解体时对周围的环境、施工人员、行人和建筑物、航线等基本不会产生负面影响,日常生产和生活可以正常进行。

7.2  经济效益

应用静态爆破技术,施工操作简单快捷,无需大量施工人员及炮机作业,节省大量人力、物力。现场地基特坚岩石约5000m3,使用炮机破碎,工期经现场估算至少需要3个月,而使用了静态爆破技术,只需1个月,就完成了相同的破碎任务,大大的缩短了工期,总体经济效益显著。

7.3  环保效益

静态破碎剂属于无公害、环保型产品,非爆炸危险品,不会像普通炸药爆破那样产生强震、强噪、粉尘、飞石等,附近居民生活生产和四周环境不会遭受任何影响,环保效益显著。

8  结论

深基坑特坚石静态爆破施工技术在三亚富华凯悦酒店项目工程中得到了成功应用。静态爆破不扰动地基,不影响深基坑的边坡支护、四周环境、建筑物、行人和三亚凤凰机场航线安全;安全、高效地破碎特坚石,取得了很好的经济效益、环保效益和社会效益,为以后类似工程施工提供借鉴和指导。

参考文献:

[1] JC 506—2008.无声破碎剂[S].

[2] GB 6722—2014.爆破安全规程[S].

[3] 王玉杰,田新邦.静态爆破剂膨胀压力测试方法的研究[J].爆破器材,2004.

[4] 汪旭光.爆破设计与施工[M].北京:冶金工艺出版社,2011

[5] 叶晓桦.深基坑土石方施工工艺探究[J].绿色环保建材,2020(4):169+171.

[6] 刘慧军.爆破技术在公路路基施工中的应用[J].交通标准化,2014.

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