某市政道路工程路基边坡石方开挖技术研究

支文超

（重庆市爆破工程建设有限责任公司，重庆 400020）

0 引言

光面爆破和静态爆破在土石方工程中应用较广泛，但因各种原因，实施起来在施工效果和效率上，均不能达到施工目的。工程中由于施工条件的限制，将光面爆破和静态爆破相结合，取长补短，最终形成整齐、美观的边坡，而且由于爆破对边坡内部的岩体扰动减弱，保证了边坡的稳定性，很好地实现了预期目标。

1 工程概况

某市政道路工程需将原道路拓宽并修整永久边坡，实现边坡稳定。该标段现有边坡高差50～70m，单侧拓宽20～30m（以边坡进深计），设计的岩石边坡坡度为1：0.75 和1：0.5，多级永久边坡，边坡石方爆破工程总量约24.5 万m3，其中爆破量18.5 m3，静态破碎石方量约6 万m3。主要施工段属于市政道路，开挖区环境较差、居民多，交通流量较大，日交通量约3～5 万辆，如图1。

图1 静态爆破区域断面形状及尺寸示意图

2 地质情况

场地为既有道路开挖形成的路堑高陡边坡，边坡平均坡面角约65°，最大高差约70m，边坡坡内岩体以坚硬花岗岩为主，呈弱风化。该地段岩石的普氏硬度系数8～12，若用机械开挖，难度很大且工期无法保障，采用爆破与静爆方式开挖，则可以很好地满足工程要求。施工后形成台阶状永久边坡，台阶高8～12m。

3 施工方案

3.1 施工方法

根据工程要求，综合考虑爆区地形、环境条件、设备和技术条件，以及施工对道路的影响等因素，提出以下方案作比较和参考：

方案1：采用深孔和浅眼台阶爆破方法，永久边坡位置采用光面或光面爆破法，孤石及部分超规格大块石用液压炮机进行机械法破小；

方案2：采用静态破碎法施工，以大孔径静爆为主，局部修整采用小孔径静爆；

方案3：永久边坡位置采用光面爆破法，在设计的永久坡面上形成光面，主体岩石采用静态爆破。

三个方案比较见表1。

表1 施工方案可行性分析表

根据表1 分析，该路段不能采用常规的爆破施工方法，因为爆破飞石和滚石将会严重影响观光路的交通安全，爆碴和滚石甚至会中断交通，造成不良社会影响。方案2 虽安全性较高，但经济性非常差，且不能形成稳定光滑边坡。方案3 兼具安全性与经济性，主岩分层静爆，将对周边的影响降到最低；设计坡面上用光面爆破，实现平整边坡，明显提高施工效果和加快工程工期。

3.2 施工机械（炮孔直径）与台阶高度

大孔径施工采用阿特拉斯365 型空压机及配套钻机钻孔，φ76mm；小孔径施工采用手持风钻（7655 型），孔径φ42mm。

4 边坡光面爆破

光面爆破就是先爆除主体开挖部位的岩体，然后起爆布置在设计轮廓线上的周边孔药包，将光爆层炸除，形成一个平整的开挖面。

4.1 光面爆破指标[1]

1）半孔率按表2 进行评估并作为要求。

表2 半孔率评估表

2）爆破后，边坡坡面应平顺，坡面平整度（凹凸差）小于±40 cm，无明显裂缝与浮石。

4.2 光面爆破参数[1]

孔径：Φ=76 mm。

孔距：1.0～1.5 m。

光爆层厚度：W光=1.5～2.0 m。

炮孔倾角：沿设计边坡面布孔，各孔倾角保持一致。

炮孔深度：按台阶高度一次钻爆到位，平均8 m。

炮孔超深：0.5～1.0 m。

线装药密度：0.4～0.6 kg/m。

孔口回填长度：1.5 m。

4.3 施工工艺

1）在永久边坡面上按坡面角、孔间距布置光面孔，由测量人员按设计参数现场标定，炮孔呈直线排列。

表3 光面孔要求[2]

2）装炮

光面爆破装药将一根导爆索绑扎在竹片上，所有炸药卷绑扎在导爆索上，孔底药量加强，先用一筒Φ60mm 乳化炸药，炮孔中部按设计线装药密度均匀布设Φ32mm 乳化炸药药卷，将绑好的导爆索（竹片）轻轻送入孔内。炮孔装药后，孔口段约1.5m长空孔段用粘土或粘土拌钻屑充填。

3）起爆

光面孔尽可能同时起爆，基本方法是采用导爆索串联起爆。

5 静态爆破

静态破碎剂的主要成分是CaO，主要原理为 CaO 与水发生化学反应，生成 Ca（OH）2，同时体积快速膨胀，并放出大量热。静态爆破主要利用膨胀剂膨胀产生的内应力使其周边介质受力产生破碎。工程中静态破碎区的作用不仅是在静态破碎施工中不会产生飞石，更重要的是作为爆破施工时的覆盖保护层，能有效防止小台阶爆破之飞石与松动滚石对现有公路行车安全造成影响。

5.1 静态爆破的施工方案设计

施工顺序应先上后下，先外后内。台阶高度选取3m。上部台阶挖近6m 后，再进行下个台阶布孔。施工时应确保最终边坡角不小于70°，以防止滑坡等灾害事故的发生。

5.2 布孔形式

为提高破碎效果，提高装车能力，满足进度需要，根据自由面变化，越靠后排，布孔越密。

5.3 孔径

钻孔直径选择为Φ76mm 和Φ42mm 两种。

5.4 孔深

孔深大小取决于破碎面的高度和岩石性质。可根据实际情况，参考下式选择：

注：式（1）中，H 为设计破碎高度。

对于岩体节理面不清楚时，由于膨胀剂对孔底部分破坏困难，孔深要比设计破碎深度大5%。相反，对于临空面较多时，L可为H 的80%左右。

表4 孔深参数表

5.5 孔距

孔距的设置因岩石性质和裂隙发育状态而定，虽然孔距越小，破碎效果越好，但不能无限制缩短孔距，否则会增加施工难度且降低经济效益：

式中：P 为破碎剂膨胀压力（MPa）；R1为岩体的抗拉强度为（MPa）；β 为膨胀系数；d 为孔径。

计算出d=76 mm 和d=42 mm 两种孔径对应的孔距分别为30 cm 和80 cm。

5.6 排距和最小抵抗线

排距b 一般小于孔距a，可采取b=（0.6～0.9）×a；该设计取排距和最小抵抗线分别为25 cm 和60 cm。

5.7 药量设计

静态爆破装药基本填满空孔，以市场常见的Ⅱ型膨胀剂为例，单位炮孔长度装药量如表5 所列。

表5 单位炮孔长度装药量

5.8 膨胀剂的检查、加工与使用

5.8.1 主要特性[4]

1）膨胀力大：最大可达到120 MPa（1200 kg/ cm2）。

2）反应时间短：最大膨胀力可在8 h 内出现。

3）施工简单，易操作：膨胀剂用洁净水搅拌后灌入钻孔中捅紧即可。

4）安全，易管理：无声破碎剂属建材类产品，产品标准归类于《水泥制品》中，代号为：JC506—92，为非易燃易爆危险品，购买、运输、保管、使用安全可靠。

5）静态破碎，是使用非爆炸性的无公害破碎剂进行破碎，破碎过程是低压和慢加载的，施工中不会产生振动和飞石。

5.8.2 膨胀剂质量检查

膨胀剂是塑料袋包装的，存放期长。使用前可用以下方式鉴别：取200 g 膨胀剂与60 mL 水拌成浆体，灌入100mL 玻璃瓶中，在相应温度下，经8～24 h 玻璃瓶破裂，则此膨胀剂没有失效，可继续使用。

5.8.3 拌浆

膨胀剂加水量一般为自身重量的30%，混合后浆体以畅流入孔为准，不宜多加，否则会降低破碎效果。搅拌时，先把水倒人桶中，再倒膨胀剂；人工搅拌时，要戴橡胶手套，搅拌时间一般为60～90 s。膨胀剂如果结块久置，会降低性能，所以残留在桶底的膨胀剂结块，要及时清理掉。搅拌好的膨胀剂浆体，要在10 min 以内用完，久置会使灌孔困难，效率降低。

5.8.4 灌浆

1）对于垂直孔，可直接倾倒进去，孔口留下2 cm 左右空隙，用废纸或废布将口堵实，有利于提早破碎时间。

2）对于斜孔，为防止倒流的现象，可用水灰比为0.25～0.28的水与膨胀剂拌成浆体，用手搓成条，塞入孔中，再用木棒捣压密实，最后用塞子堵口。

3）多排孔，一般采用梅花形孔。在邻近自由面的孔，容易开裂，中间的孔因受四周限制，开裂困难，因此，在灌膨胀剂浆体时，要有一定的时间差，即先灌边一、二排孔，经1～3h，再灌三、四排孔，以此类推。

4）灌浆时，为安全起见要戴防护眼镜及口罩，避免浆体冲出伤及眼睛和其它部位。因膨胀剂具有轻度腐蚀性，所以碰到皮肤时要立即用清水冲洗。

5.8.5 药剂反应时间控制[5]

药剂反映的快慢与温度有直接关系，温度越高，反映时间越快，反之则越慢。实际操作中控制药剂反映时间有两种，一种是在拌和水中加入抑制剂，另一种方法是控制拌和水、干粉剂和岩石的温度。夏季气温较高，破碎前应对被破碎物进行遮挡，药剂存放低温处避免爆晒，并将拌和水温控制在15 ℃以下。

药剂（卷）反应时间过快易发生冲孔伤人事故，可用延缓反应时间的抑制剂。抑制剂放入浸泡药剂（卷）的拌和水中。加入量为拌和水的5%～6%。冬季加入促发剂和提高拌和水温度。拌和水温度不可超过50 ℃。反应时间一般控制在30～60 min较好，条件较好的施工现场可根据实际情况缩短反应时间，以利于施工。

5.9 清理岩石

待膨胀剂完全膨胀后，由人工使用钢钎清理破碎的岩石。清理的顺序自上而下，破碎出来的岩石滚落到坡脚，用人工搬运到车上拉到指定的地点弃掉。在清理过程中应注意安全，防止岩石坠落砸伤工人。

6 施工效果

在保证工程进度的前提下，施工期间未发生飞石、滚石等影响，也未发生任何安全事故及爆损纠纷事件，施工完成后，边坡总体质量符合要求，坡面半孔率达到70%以上，坡面平整度（超欠挖）不超过±40 cm，边坡没有出现危及安全的爆破裂缝和浮石（图2），取得了很好的经济效益和社会效益。随着经济社会的飞速发展，在既有线或城区内施工越来越频繁，在保证工期、安全和质量的前提下，又取得了较好的经济效益。根据现场地质和施工环境，将两种常见的施工方式相结合，为类似施工提供了一种新的参考。

图2 坡面爆破效果图