某大厦桩基硬岩深孔微震爆破施工技术

某大厦桩基硬岩深孔微震爆破施工技术

张浩鑫1张伟2白才仁3

关键词：桩基；深孔；微震爆破施工技术；地铁上盖

1工程概况

某大厦基础工程位于深圳市深南大道与香蜜路交叉口，为地下6层、地上55层、高约250m的地铁上盖超高层综合体建筑。该大厦基坑北侧紧邻地铁11号线换乘大厅，东侧紧邻7、9号线车站，并与之共用地下连续墙围护结构。地下结构采用盖挖逆作法施工，钢构柱作为支撑，所有桩均为地面成桩，桩基础类型为端承摩擦桩，桩端持力层为微风化花岗岩；其中承压桩63根、抗拔桩147根，共计210根，桩径为1.4m、1.5m、1.8m、2.2m、3m几种类型；地下室底板位于强风化花岗岩层内，从桩顶实际标高算起，有效桩长约6～20.5m，桩基础大部分锚入微风化花岗岩层，少部分位于中风化花岗岩层；其中桩径2m以下的直接采用旋挖机施工，桩径2m以上的采用微震爆破预处理后，再采用旋挖机施工。

2深孔微震爆破施工技术

2.1爆破参数设计

依据瑞典的经验设计方法，单位耗药量计算：

q=q1+q2+q3+q4

式中q1—基本装药量，是一般陆地梯段爆破的两倍（本工程爆破对象位于地下30m左右，且存在地下水，故视为水下爆破）。对水下垂直钻孔，再增加10%。例如普通坚硬岩石的深孔爆破平均单耗q1=0.5kg/m3，则水下钻孔为q1=1.0kg/m3，水下垂直孔为q1=1.1kg/m3；

q2—爆区上方水压增量，q2=0.01h2；

h2—水深，m；

q3—爆区上方覆盖层增量，q3=0.02h3；

h3—覆盖层（淤泥或土、砂）厚度，m；

q4—岩石膨胀增量，q4=0.03h；

h—梯段高度，m。

本工程h=5m，h2平均取27m，h3=30m

q1=1.1kg/m3

q=1.1+0.01×27+0.02×30+0.03×5=2.12kg/m3。

由于本工程所爆破的岩石位于地下30多米，且岩石上面全是覆盖层，爆破点没有临空面，只能依靠周围可压缩土层、破碎岩块作为一个临弱面，其受周围岩石、土体钳制作用很大，所以爆破的单耗会有所增加。岩层越厚，钳制作用越大，则单耗也相应越大。取k为岩层厚度系数，则本工程炸药单耗qs=kq，k取1.0~1.5。同时，在钻孔过程中要对每个孔都进行编号，详细记录每个孔的岩石性质和揭露厚度，在装药过程中根据记录的数据对装药量做适当的调整。

在爆破作业过程可参照上述数据进行试爆，然后根据爆破振动情况和爆破效果调整爆破参数，以达到最佳破碎效果。

2.2布孔形式、起爆顺序及装药结构

由于基岩埋深较深，最深约为30m，需爆破最厚厚度约为5米，从而导致其爆破破碎难度较大，为了保证爆破破碎效果，应合理的选择起爆点、起爆顺序以及不同的孔排距参数。

①桩径2.2m桩基采用潜孔钻机钻孔，钻孔直径110，在桩基中心岩石上钻第一阶段起爆孔一个（孔内采用毫秒一段电雷管）；在距离中心位置39cm处岩石上沿圆周方向均匀布孔8个（孔内采用毫秒5段电雷管）；距离中心点69cm处岩石上沿圆周方向均匀布孔12个（孔内采用毫秒9段雷管）；距离中心点99cm处岩石上沿圆周方向均匀布孔20个（孔内采用毫秒11段雷管）；钻孔达到设计孔深后，下直径90mm的PVC管护孔。为保证桩端持力层的完整性，最外部一周炮孔应距离桩基外边缘不小于10cm；钻孔平面如图1所示：

图1爆破钻孔平面示意图

②桩径3m桩基采用潜孔钻机钻孔，钻孔直径110，在桩基中心岩石上钻第一阶段起爆孔一个（孔内采用毫秒1段电雷管）；在距离中心位置34.8cm处岩石上沿圆周方向均匀布孔8个（孔内采用毫秒5段电雷管）；距离中心点69.5cm处岩石上沿圆周方向均匀布孔12个（孔内采用毫秒9段雷管）；距离中心点104.3cm处岩石上沿圆周方向均匀布孔20个（孔内采用毫秒11段雷管）；距离中心点138cm处岩石上沿圆周方向均匀布孔24个（孔内采用毫秒15段雷管）；钻孔达到设计孔深后，下直径90mm的PVC管护孔。为保证桩端持力层的完整性，最外部一周炮孔应距离桩基外边缘不小于10cm；钻孔平面如图2所示：

图2爆破钻孔平面示意图

③起爆顺序按照上述爆破钻孔平面示意图中，由内到外，依次编为第一阶段起爆孔、第二阶段起爆孔等，配合电毫秒雷管依次起爆。

④单孔装药量

第一阶段起爆孔：0.9-1.0kg

第二阶段起爆孔：0.7-0.8kg

第三阶段起爆孔：0.6-0.7kg

第四阶段起爆孔：0.5-0.6kg

第五阶段起爆孔：0.5-0.6kg

具体钻孔装药结构如下图3所示：

图3爆破钻孔平面示意图

2.3钻孔

由于本工程需要爆破处理的岩石位于地表以下约30m的位置，结合本工程的特殊性以及现有的机械设备和技术力量，决定采用潜孔钻机从地面进行钻孔；为便于施工和准确控制钻孔方向，采用垂直钻孔形式；土层钻孔孔径、岩石钻孔孔径均为110mm；成孔后下直径为9mm的PVC套管。

2.4火工器材选用

雷管选用毫秒电雷管和导爆管雷管，炸药选用防水乳化炸药，标准直径为Φ60mm及Φ32mm两种，具体根据现场的需要加工。

2.5药包设计及加长

2.5.1药包设计及加工

炮孔验收合格后，对装药包区范围内设置警戒，根据取出的岩芯情况开始加工药包。首先要准备好直径75mm的PVC管，根据钻孔队提供的钻孔参数和验孔情况，提前计算好药包长度，将炸药和雷管装入PVC管内指定的位置，采用耦合和不耦合两种形式的药包筒，根据现场实际情况及装药量来确定采用何种药包筒。由于孔内有水及少量泥浆，为了顺利装药，需对药包适当配重。PVC管的长度需根据药包长度和配重长度来截取。

L=L1i+L2i

式中：L——所取PVC管长度；

L1i——药包长度；

L2i——配重长度。

2.5.2抗浮配重

由于炸药与孔内的泥浆水比重相近，导致药包无法下沉或下沉后在浮力作用下而无法固定，所以需对药包进行配重抗浮。配重根据药包筒的长度根据现场情况采用配重小铁件（圆柱铁饼形状）或采用粒径0.5㎝的碎石，炸药密度约为0.95～1.20g/cm3，此处取1.00g/cm3；孔内泥浆水密度约为1.15～1.20g/cm3。如果三者满足下式关系，则药包会顺利下沉。

G炸药+G配重＞F泥浆水（1）

举例说明，只要求出L1i/L2i=a中的a值即可确定配重长度及所需PVC管长度。式（1）中，PVC管的直径对其没有影响，所以上式可以转化为：

ρ炸药L1i+ρ配重L2i＞ρ泥浆水L（2）

则可计算出配重长度a。所以只要满足上述比例就可达到抗浮的效果。

2.6起爆网络设计

药包装在特制的PVC管体内，该起爆体须具有较好的防水性能。炮孔采用正向装药起爆，起爆雷管选用两发瞬发电雷管，且分别属于两个非电起爆网路，两套网路并联后起爆。

2.7爆破安全距离计算

根据国家《爆破安全规程》规定，钢筋混凝土结构房屋所能承受的最大允许安全震动速度为3.5～4.5cm/s，本工程重点保护的是周边泰然工业园建筑和中国有色大厦，为了保证爆破震动不影响周围建筑物的安全及居民生活，按照深圳市公安局的要求，按1.0cm/s以下进行装药设计施工，反算一次爆破允许的最大装药Qmax。

根据公式V=k(Qm/R)α

V-----爆破地震安全速度，cm/s

Q-----最大一段装药量，kg

R-----爆破区至被保护物距离，m

m-----药量指数，取m=1/3

k----与爆破场地条件有关系数，取k=160

α----与地质条件有关系数，α=1.7

由于本工程爆破时炸药埋深较深，周围都是覆盖层，所以炸药的能量损失较小，爆炸时振动速度较一般爆破要大。所以在施工中要结合上表计算结果，先减少单段装药量，同时做好爆破振动和地表位移监测，及时反馈数据，并根据数据进一步调整装药量等爆破参数，指导施工。

2.8爆破安全防护措施

地下深孔爆破不会有飞石产生，只有在爆破后产生的高压气体会将炮孔内的泥浆压出孔外，为了防止涌出的泥浆飞溅，根据我公司以往工程的成功经验，爆破作业时，采取沙包+铁板的联合防护体系，如下图4所示：

图4爆破防护示意图

2.9盲炮预防

1、禁止使用不合格的爆破器材，不同类型，不同厂家、不同批的雷管不得混用。

2、连线后检查整个线路，查看有无连错或漏联，进行爆破网路准爆电流的计算，起爆前用专用爆破电桥测量爆破网路的电阻，实测的总电阻与计算值之差应小于10%。

3、检查爆破电源并对电源的起爆能力进行计算。

4、硝铵类炸药在装药时要避免压得过紧，密度过大。

5、炮孔有水时，首先应将孔中的水吹出，用防水袋装炸药，雷管脚线的接头一定要用防水胶布缠好或用抗水炸药。炮孔深度应大于5米深。

6、装药前要认真清除炮孔内岩粉。

2.10爆破质量检验

基岩处理后的爆破质量通过地质钻机钻孔取芯进行验证，以抽取出的完整岩芯单向长度≤30cm为合格。每根桩沿桩中心周围抽检3个孔，抽检时须与监理在现场予以验证。验证抽芯孔可有监理在爆破处理范围内随机指定。如果抽检区域不合格，则补孔进行二次爆破。

2.11旋挖机成孔、清孔

爆破完成以后用旋挖机开始桩成孔施工，按照旋挖机通常成孔方法进行钻进，待钻孔至爆破岩层时，勤于观察钻机钻进难易程度和取出的岩样，爆破面可能存在不平整现象，用旋挖机将桩底磨平，且将所有破碎岩层清除进入基岩后方可终孔。

3结束语

综上所述，微震爆破是通过各种途径降低爆破工程本体的扰动和震动对周围环境的影响的一种有效方法，基于本工程特点，通过对周边建筑物的调查以及对大厦桩基硬岩深孔施工微震爆破设计，就该工程爆破施工技术进行了讨论，指导该工程的施工。