桩基施工中孤石处理方法

桩基施工中孤石处理方法摘要：本文对目前桩基施工中处理孤行常用方法作了分析比较，提出了一种钻爆工艺，并经实践证明是一种行之有效的方法。关键字：桩基施工钻爆工艺孤石处理AdoptingDrillingandExplodingtoHandleHugeStonesDuringtheConstructionofthestakeAbstract：Thisarticlecomparesandanalyzesthecommonlyemployedmethodsofhandlinghugestonsduringtheconstructionofthestake，andtheauthorputsforwardacraftofdrillandexplotion，whichprovestobeefective.Keywords：theconstructionofstake；thecraftofdrillandexplode；hugestonehandfing1.概述在公路桥梁桩基钻孔施工过程中，常常会遇到随机分布孤石，由于形状大小各异、厚度不一，孔内状况复杂，穿透孤石成孔难度较大，在这类地层中施工钻孔桩钻进效率低，钻具寿命短，易产生卡钻、斜孔、掉钻头、塌孔等事故，成孔速度也较慢，严重影响施工的正常进度，有的甚至因施工无法进展而不得不变更设计，花费成本较高，经济效益差；如何处理钻孔所遇到的孤石，是当前公路桥梁施工中一个较大的技术难题，也是引起桥梁桩基工程变更、费用控制和施工争议等问题的关键所在。2.孤石处理主要方法该类地层常用的钻进方法：开挖法、冲击反循环钻进法、冲抓锥钻进法、回转钻进法、爆破法。常见的爆破法有人工挖孔炸石成孔法、钻孔爆破法。爆破法常和其它方法相结合使用。2.1人工挖孔炸石法在钻进过程中遇到孤石时，开挖使孤石露出，对涌水地层还应进行抽水，然后人进入孔内，在孤石上钻出爆破孔，安放适量的炸药，对孤石进行爆破。只是对于涌水量大的地层，难以继续延深。2.2钻孔爆破法在钻进过程中遇到孤石时，提钻后，查明孤石的产状、大小、形状并依此来制定爆破孔的数量、分布和装药量，利用小口径钻头在孤石上钻出爆破眼，然后在小孔内安放适量的炸药对孤石进行爆破。清除孔内岩块进而达到钻孔顺利穿过孤石的目的。对于垂直高度特别大的巨石可以进行多次爆破直到钻孔穿过巨石。钻孔爆破具有如下特点：(1)施工周期短，成本低；(2)适应范围广，可适应不同埋深的孤石、漂石、滚石；(3)方便灵活，可根据孤石的形状、大小来具体确定爆破孔的孔径、深度和装药量大小，对形状厚度较大的孤石，可实施分层爆破确保钻孔质量；(4)不适宜用于松散地层中的直径相对较小、近似圆形、表面光滑的孤石，在小口径钻进此类岩石时，岩石和钻头一起回转，钻进成孔困难。3.工程实例3.1工程地质概况广东西部沿海高速公路第四合同段K29+000～K42+000路线所穿越的地貌，是台山南部低山区及沿海平原区，孤石较多，多为分散孤立分布：其主要成份为中～微风化的新鲜岩体，岩石的坚实系数f=10～15。孤石产状各异，其垂直厚度一般为0.5m～10m左右；大型、巨型孤石，一般呈集聚型分布，邻近一般都有数个大小不一的孤石就近分布，形成“孤石群”，这些孤石、探头石致密坚硬，难以穿过，且容易误判为桩端持力层。桥址桩基地质勘察难以准确探明，桩基施工较难处理。在工程施工初期，由于设计地质勘探不详、施工经验不足，尝试过采用几种常用方法钻进。在广东西部沿海高速公路第四合同段K36+266通道桥桩基施工中，地质情况较复杂，孤石较多零散分布，遇到孤石问题，分别采用一般工艺和复合工艺处理孤石，其工程进度、施工质量及处理效果迥然不同。3.2一般工艺K36+2660-A桩回旋钻钻进至6.4m处遇黑云母花岗岩孤石，每小时钻进lcm～3cm，且钻头底破岩尖刃脱落较多，卷刃磨损严重，并有斜孔现象，经常出现跳转和斜孔，影响了成孔速度。且表面孤石形状不均匀，现场施工投入硬度相近的混凝土。改用钢丝绳冲击钻，实际操作时先用低冲程冲击，冲程控制在lm~2m，通过加快频率来破坏孤石光滑坚硬的表面，同时使钻头充分转动避免偏孔。在冲进孤石10cm深后改用高冲程冲击，冲程为2m～3m，控制泥浆浓度在1.3左右，防止塌孔，也可高低冲程交替冲击。实际冲钻过程中平均进尺为3cm/h～7cm/h，但有些冲击进尺2cm/h，锤头损坏严重。在桥梁桩基施工过程中，遇到大型孤石群采用一般冲击钻进方法，用冲锤冲击处理孤石效率低，工期长，损耗大。较难将工程按照合同规定的工期按质、按量完成，以致引起工程变更和工程延期，又严重影响经济效益。3.3钻爆工艺K36+2661-c桩回旋钻钻进至2.5m处遇花岗岩孤石，每小时钻进lcm～3cm。经过用小型钻机XY-l抽芯，探查地质情况、孤石位置，确定是巨大孤石群，分2层，每层垂直高度3m～4m，为此决定用钻孔爆破法处理孤石，根据周围环境，为了确保施工安全和施工质量，采用光面爆破施工，必须满足以下技术要求：(1)采取合适的起爆网络和有效的防护措施，防止爆破飞石影响既有电线及附近民房，根据有关规范，爆破震动速度控制在7cm/s以内；(2)桩孔内爆破都不应使业已完工的桥梁桩基及承台混凝土结构受损；(3)爆破后孤石破碎，本身桩孔的不偏斜，避免相邻桩周围的地表塌陷；(4)爆破后的基岩轮廓规则、圆滑，以利冲桩机冲孔，超欠挖量满足高速公路规范要求。在爆破的现场，钻孔爆破采用手风钻及普通凿岩机，钻凿直径38～42mm的炮孔，孔深小于2m，实施分层爆破。炸药一般使用直径中32mm的管状乳化炸药卷，切成长度15cm重量100g药块。实行光面爆破，因此必须严格控制炸药用量，各类炮眼线装药密度可按下列参数控制。周边眼：O.30～0.35kg/m；掏槽眼：0.60～0.65kg/m；.辅助眼：O.55～0.60kg/m。掏槽眼装药结构为偶合式，即为连续桩状，顶部用粘土填实，长度要求大于40cm，同时，装药充填度应占炮眼长度的75％～85％，辅助眼、周边眼装药结构采用不耦合装药，不耦合装药系数为：1.25～2.0。按设计要求的线装药密度均匀地绑扎在导爆索和竹皮上，竹皮起固定作用。起爆器材为多段导爆管、导爆索、非电毫秒雷管及瞬发电雷管(用于引爆非电毫秒雷管)。采用最低用药量，按小包分散的布孔原则，减少冲击波对周边桩基的破坏。光面爆破炮眼间距一般取炮眼直径的10～20倍，设计参数为：孔径d=40mm，孔距a=0.4～0.5m。光面爆破的主爆破炮眼先于控制开挖轮廓面的光面炮眼起爆，主炮孔(掏槽眼)的布置位于全断面的中心，炮眼以井筒中心呈同心圆布置，在中间布设等深度的空眼来增加临空面，周边眼的平面布置于孔桩圆周边。除掏槽眼和周边眼外，其余均为辅助眼。掏槽取眼深度比辅助眼和周边眼深0.15m～0.20m，除中心眼为直眼外，其余孔眼向孔桩中心内甩角度为8。～15。。光面眼起爆时的最小抵抗线是光面层厚度或周边眼到邻近辅助眼的距离，布置周边眼(亦称光爆眼)的爆破质量对岩体的完整性、强度直接造成影响，是保证光爆效果的重要步骤，并视岩石强度可作适当调整，周边眼之间可适当布设等深度的空眼，实践中，按设计装药，能获得60％以上具有清晰可见眼痕的光面井壁。主炮孔(掏槽眼)采用传统的连续装药结构，辅助孔由于径向不耦合系数较小，为了保证炮孔壁不产生压碎破坏，因此，决定采用空气间隔装药。合理确定每个炮眼的装药量是保证爆破成功的关键，装药量过小，难以克服岩层的夹制力，降低炮眼利用率并影响断面的成型；药量过大，既浪费炸药，又造成大量超挖，形不成光面。在施工的过程中，由于地下水丰富，大量涌水夹杂着泥沙，为防止炮孔堵塞，炮孔钻完后，应立即用草团等将炮孔口堵塞。将乳化炸药(防水炸药)装入塑料套绑扎好再放入钻孔。孔口填塞炮孔口部的填塞是控制爆破作业中的又一项重要环节。良好的孔口填塞，既能有效地防止飞石，还能充分地发挥出爆破效能，达到控制块率、松度等预期目标。孔口填塞得过紧、过松、过长、过短，都将直接影响到爆轰波的作用发挥。不同的填料，可用不同的填塞长度及密实度。最好的填料为饱和粘性土，填塞长度可取300～500mm，夯填密实度可取80％～85％。起爆网络与采用的是非电导爆管起爆网络，孔内毫秒延时塑料导爆管雷管起爆，孔外用导爆索连接，导爆索用火雷管起爆。起爆顺序：首先掏槽眼，其次辅助眼，最后周边眼(光面眼)。在严格保证起爆顺序的条件下，合理的间隔时间，可获得良好的爆破效果。而理想的间隔时间是先爆破的岩石已抛离岩体，对后爆岩体所产生的应力波尚未消失时，即使后段起爆。掏槽眼与其后段及各圈眼的起爆时差选择在25～50ms范围内。周边眼与辅助眼的时差可控制在约50ms，周边眼全断面同时爆破。在“钻、填、爆、冲、抓”工序施工过程中，工程技术人员按照设计、施工规范要求，精心组织施工，避免事故发生。3.4处理效果改为爆破处理，既经济又有实在，收到良好效果。通过把钻进孤石、破碎孤石、清除岩块等技术方法优化组合在一起，组成一个复合工艺处理孤石。这样，桩基成孔速度大大提高，既能满足施工进度要求又能保证工程质量，同时，又可以提高经济效益。在K36+2660-A桩基施工了8天时间，而K36+2661-C桩基施工采用了钻孔爆破法仅用4天时问，通过对周边其它桩基进行“低应变动测”检查，其结果表明基桩完整良好，无破损。钻孔爆破法处理孤石是成功的。4.结束语桥梁桩基施工遇孤石群时不宜采用单一技术方法，要在现有的物质条件下，灵活地采用综合性的技术方法和施工方案，将几种技术方法的长处有机地组合起来，形成特定的工艺，才能迅速、有效地穿透孤石。施工前精心进行施工组织设计，配齐破岩的设备、材料和工具。施工过程中工程技术人员应严格管理，认真负责，避免事故的发生，及时控制施工现场。结合工程实际合理选择光面爆破技术参数，可得到满意的效果。不但保证了岩体满足设计要求的几何尺寸和承载能力而且施工安全快速。在当前公路建设中，尤其是在山岭重丘区修建高速公路时，推广应用爆破施工技术，有助于提高路基开挖的施工质量和综合工程效益，保证工后运营行车安全。参考文献【1】刘殿中、工程爆破实用手册.北京：冶金工业出版版社，1999【2】陈华腾.爆破计算手册.沈阳：辽宁科学技术出版社，1991【3】江正荣，朱国粱.简明施工手册.北京：中国建筑业出版社，1995