浅谈膨胀剂在山区路基高边坡静态爆破施工中的应用

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　　摘 要：介绍了在紧邻居民区复杂周边环境下路基高边坡静态开挖施工过程中，膨胀剂在整体性良好的灰色凝灰岩使用过程中的一般处理方式及注意事项。
　　关键词：紧邻居民区，复杂，高边坡，静态开挖，膨胀剂，处理方式
　　文章编号：2095-4085（）02-0009-03
　　1 引言
　　近年来，我国总体交通运输基础设施得到了快速发展。特别是公路建设，呈现超常规发展态势。据统计分析，截止2000年末，公路通车里程140萬km， 比“八五”末期增加24.57万km，增长21.2%，高速公路从无到有，达到1.63万km，比“八五”末期增加1.42万km，位列世界第二，且已基本形成网络。按国内投资状态分析，公路基本建设投资超过铁路投资一倍之多。公路交通得到显著改善。并且后续公路的建设将会更大程度的提上交通建设者们的日程。但是，快速的公路发展同样面临着多样化的困难。在我国，国土地域辽阔，土地资源多样化，山多地少是中国土地构成的显著特点。
　　据粗略估算，山地、高原、丘陵的面积约占土地总面积的69%，且山地一般高差大，坡度陡，土层薄。并且我国人口分布广泛，像南方地区，很多村镇都紧挨山脚坐落。例如浙江省温州市永嘉县，素有“八山一水一分田”的说法，复杂的地理环境本身对于公路的建设就是一个不小的挑战，而紧挨山体的居民区更是增加了挑战的难度，在如此复杂的限制条件下，如何能在不影响居民区正常活动的情况下进行公路旁山体高边坡的开挖，成为了交通建设者们新的挑战。本文通过总结温州市永嘉县上塘至瓯北公路工程项目ZK5+900-ZK6+140，YK6+030-YK6+172段高边坡施工，针对高边坡静态开挖施工过程中所需考虑及注意的事项加以分析和总结，提出常见注意事项及控制方法，供后续高边坡施工进行参考。
　　2 工程概况
　　上塘至瓯北公路工程项目地处温州市永嘉县，起点位于上塘环城北路，经李家村、黄田新村、下白岩村、安丰村、终点位于瓯北园区与104国道温州西过境相接。主线起讫桩号为K0+000-K10+560，建设里程全长10.56km。设计采用双向六车道一级公路技术标准，设计行车速度80km/h，路基宽32m。其中ZK5+900-ZK6+140段左侧深挖路堑设计，长240m，四级边坡，最大高度39m。YK6+030-YK6+172右侧深挖路堑设计，长142m，三级边坡，最大高度24.2m。其中一级采用机械开挖，静态爆破+锚杆+厚材基层播绿化，二级采用机械开挖+系统锚杆+厚层基材喷播绿化，三级采用机械开挖+厚层基材喷播绿化，四级采用机械开挖+厚层基材喷播绿化。原设计采用光面爆破施工，但现场实际考察发现高边坡位置紧邻黄田街道下白岩村，居民较多且老年人超过总人口数量30%。如采用光面爆破施工，爆破飞石及振动对居民区有较大影响，因此项目部综合考虑后决定部分山体采用“机械破碎+静态开挖”方式进行施工。
　　3 路基高边坡地质条件及静态爆破方案选择
　　ZK5+900-ZK6+140、YK6+030-YK6+172第二级（坡度1 ∶0.75，高度10m）第三级（坡度1 ∶0.75，高度10m）坡经探测岩质主要为中风化及微风化晶玻屑凝灰岩：灰色，凝灰质结构，块状构造，节理裂隙稍发育，岩芯较完整，多呈柱状，块状，岩质坚硬，锤击声脆，开挖等级（Ⅴ）级。经赤平投影分析，节理②与节理③相交形成不利组合，有可能存在局部楔形滑动破坏。需爆破处理段主要集中于此处。经现场实际采用日立360破碎锤试验，探测结果准确，不宜采用爆破开挖。因山体呈多角度斜坡形式，可利用工作面平整度较差，不宜采用岩石切割机（锯片式）及金刚石串珠绳锯施工，经项目部综合考虑试验后，决定采用“膨胀剂+机械破碎”方式进行施工。
　　4 膨胀剂静态爆破施工
　　静态爆破施工前，考虑到地质探测结果显示节理②与节理③相交形成不利组合，有可能存在局部楔形滑动破坏，项目部先安排测量人员在边坡处设置沉降及位移观测点，全天候安排测量人员进行观测对比，建立安全预警机制，如发现异常立即启动应急预案。之后对预开挖坡面全风化表面土体进行挖除，直至裸露出岩体。采用高压风枪对岩体表面散落石块及浮土进行清理，避免竖向打孔时杂物流入孔内造成堵眼。本处高边坡二级坡及三级坡设计坡比相同，不再分开论述。
　　4.1 钻孔布眼
　　钻孔前坡面已由挖机提前修整成有三个临空面（自由面）的梯形形状，在膨胀剂爆破施工过程中，临空面越多，所需要竖向钻孔面就越少，所产生的破石单位方量就越大，经济效益随之也更高。竖向钻孔布眼时，钻孔方向应尽可能与临空面平行避免其垂直布置，因为孔径大小与深度相同，膨胀剂所产生的膨胀力度也几乎相同，那么在产生膨胀力扩散时需尽量保证扩散处岩体厚度相同，否则会导致岩体受力时钻孔岩体较厚处破裂失败，或是膨胀压力逐渐向孔口处积蓄造成冲孔情况发生。
　　另一方面，孔距与排距是根据爆破岩体的岩石硬度随实际情况变化而进行调整的，岩体物理硬度越大完整性越好，孔距与排距就越小，反之则可适当进行扩大调整，本项目在此处边坡实际施工过程中，三级坡相邻孔距35cm～38cm，排距32cm～34cm，二级坡相邻孔距30cm～33cm，排距30cm～32cm。
　　钻孔炮眼孔径的大小，深度与岩体破碎效果有直接关系，孔径过小，单体积膨胀剂装药量较小，膨胀力不足，不利于药剂充分发挥效力。孔径较大，膨胀力过大，除水平力外，竖向力也大，孔口处难以堵塞压紧，容易造成冲孔现象。而在深度方面：孤立的岩石钻孔深度为目标破碎深度的80%～90%，矿山荒料开采深度可打到6m左右，大体积岩石需要分部破碎的，钻孔深度可根据施工要求选择，一般在1m～2m较好，经现场实际操作后确定：钻头统一采用42mm钻孔施工，二级坡钻孔深度1.0m，三级坡钻孔深度1.2m，装药深度为孔深的90%～100%。因膨胀剂遇水化学反应，而钻孔采用的是水压排浆形式，钻孔完成后，钻孔内积水和余渣必须用高压气枪吹洗干净，且保持孔口处四周干净无土石残渣，避免装药过程中土石渣掉落造成堵孔现象。 　　4.2 膨胀剂施工原理
　　静态破碎方法即利用岩石钻孔内装填破碎剂流体的水化反应，使晶体变形，产生体积膨胀，经过一定时间的物理化学作用后，在钻孔周围形成一定的压力和环向拉应力。当其拉应力大于岩石所能承受的最大抗拉应力时，即在钻孔周边形成径向裂缝，如一定距离内的相邻周边钻孔内的破碎剂在此共同作用，则形成贯穿的径向裂缝。
　　4.3 装药
　　项目在实际施工前，加水量按照22%～32%逐步递增进行试验，通过数据统计分析最终选定25%～27%加水量时，膨胀剂流动性及膨胀效果最为适宜。每次现场实际操作时，应提前通过玻璃瓶胀裂试验进行膨胀剂检测（即将调配好的膨胀剂装入玻璃量筒中，在现场同等温度条件下模拟试验检测经过反应膨胀剂是否能将玻璃量筒胀裂，发生胀裂则膨胀剂完好，可以用于施工，如未发生胀裂，则停止施工，检查膨胀剂是否发生变质，每次做3组平行试验）。施工时采用由上到下，分层递进破碎的施工方式，膨胀剂拌和采用专用搅拌机进行搅拌，以缩短时间。加水搅拌成流质状态的膨胀剂，迅速倒入钻孔内，边倾倒边采用木质炮棍进行捅实。确保膨胀剂在炮孔内处于密实状态。底部水平方向的炮孔，采用40mm直径高强长纤维纸袋装入药剂（比42mm炮眼直径略小，便于安装，经现场试验，膨胀力有所下降但在岩石开裂后继续加水促进膨胀剂进一步反应后同样可达到使用效果），按一个操作循环所需要的膨胀剂数量，放在盛满清水的桶中完全浸泡，待45s左右膨胀剂完全不冒气泡时，手捏膨胀剂不再有硬块触感时，立即采用炮棍捅入钻孔内，边装填边捣实，确保孔内膨胀剂密实。钻孔口均预留5cm采用爆破用炮泥紧密填塞，保证炮眼内膨胀剂处于密封状态。
　　为缩短装药及搅拌时间（现场需严格控制：从药剂加水到炮泥封堵结束，全程不得超过5min，并且在装药前药剂不得有升温及冒气现象发生，一旦发生上述现象，拌和膨胀剂立即作废严禁使用。现场专人负责检查控制），现场每2人负责4个钻孔施工，单组单次搅拌药量仅用于4个钻孔，各施工小组在取药，加水，拌和，灌装过程中保持同步进行，确保全部钻孔内膨胀剂的最大膨胀力在同一时间爆发，可达到最佳破碎效果。
　　现场安全员严格控制装药结束后严禁任何人员靠近破碎区，专人负责观察岩体表面变化情况及炮眼处变化，如岩体表面已开裂并且炮眼处无冒气现象，则表明膨胀剂膨胀力已过最大点，可安排工人向裂缝中继续加水，保持药剂持续反应，获得更好的破碎结果。
　　药剂反应的快慢与现场施工环境温度也有直接关系，温度越高，水化反应越快。边坡爆破时间处于夏季，日最高气温超35℃，实际操作中，为降低药剂温度，采用水温低于10℃的冷清水进行搅拌。现场搭设遮阳网，保证灌注时浆液温度不高于15℃。
　　现场施工需特别注意：膨胀剂遇水反应，必须在能保证干燥且通风良好处进行保存，避免受潮损坏。当有超过保存期，受潮，开包后未用完等情况发生时，使用前加做一组玻璃瓶胀裂试验。不满足要求严谨使用。施工过程中装运膨胀剂的容器要求能密封防水，避免触水反应时炸喷情况发生。
　　5 结 语
　　静态爆破，解决了在某些特殊情况及特殊环境下不允许使用常规炸药爆破来拆除构筑物及开采岩石、矿石等这些长期困扰我们的难题。通过该项技术的研究，保证了本项目在紧邻居民区复杂周边环境下路基高边坡施工的安全，确保施工质量，加快施工进度且大大节约施工成本，减少了高危区的爆破施工难度，提高了施工工效。
　　公路的建设目的主要是方便快捷的交通，另一个重要的就是居民区的连接。居民区段的施工，就需要谨慎处理扰民问题的发生。膨胀剂静态破碎开挖，因其施工过程中产生的噪音极小，在特殊地段的使用将会越来越多，但膨胀剂遇水反应的特性同样存在较大的安全隐患，在施工及运输过程中，必须保持其干燥通风的环境要求，一旦发生炸喷现象，将会造成非常嚴重的后果。因此，严格的过程控制及预防措施就显得格外重要。
　　参考文献：
　　[1]GB 23439-2009，混凝土膨胀剂[S].
　　[2]张爱莉，姚刚.静态爆破的设计及应用[J].建筑技术，2002，（02）.
　　[3]张振，郭伟.静态爆破法在深圳地铁施工中的应用[J]. 现代隧道技术，2012，（05）.
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