水下控制爆破技术在钻孔桩斜面岩层纠偏中的应用

水下控制爆破技术在钻孔桩斜面岩层纠偏中的应用

蔡本成

中冶（贵州）建设投资发展有限公司 贵州 贵阳 550000

【摘 要】 本文借助三荔高速公路钻孔桩施工中遇到斜面岩层出现偏孔，锤头偏斜，钻进困难，进度缓慢，造成成孔时间长，扩孔系数大，钻孔垂直度差等一系列问题。为解决施工中存在的上述问题，在桩基施工过程中采用水下钻孔控制爆破技术克服了桩基成孔困难、钻孔时间长等一系列问题，通过技术总结和爆破参数的设计，也为类似工程的施工提供了经验借鉴。

【关键词】 钻孔桩；斜面岩层；桩位纠偏；水下钻孔控制爆破；技术应用

冲击钻孔桩是我国铁路、公路桥梁工程中常用的桩基成孔方式之一，其在施工中遇到地质情况复杂多变，地层存在斜岩、软硬岩倾斜交界面、断层带、节理发育地层时，由于岩层存在一定倾斜角，在冲孔过程中容易出现偏孔现象，给施工带来较大难度^[1]。采用常规方法无法解决偏孔问题，下面结合三都至荔波高速公路SLTJ-4标段水各河大桥3#-1桩基施工，谈谈水下钻孔控制爆破技术在钻孔桩斜面岩层纠偏中的应用情况。

1 工程概况

三都至荔波高速公路SLTJ-4标段为新建高速公路双向4车道，汽车荷载等级为公路-I级，设计时速80Km/h，整体式路基宽度24.5m、分离式路基宽度2×12.25m。路线起点位于三都县周覃镇拉号水库附近，起点桩号K39+600，终点位于水昔河附近，置于三都县、荔波县分界处，终点桩号YK55+531（相应左线ZK55+500），线路长度15.931km。

水各河大桥桥址区位于荔波县九阡镇新寨村北侧100m处，为跨越水各河而设，区内高程介于530-552m之间，区域上属于溶丘洼地地貌。经地质调查及钻孔揭露，桥址区上覆盖第四系坡残积粉质粘土层厚1.6-7.0m；第四系冲洪积粉质黏土，层厚0.6-1.4m；下伏基岩为中风化白云质灰岩，中厚层状结构，节理裂隙较发育，岩体较完整，岩质较硬。水各河大桥3#-1桩基位于水各河旁边，设计桩径1.6m，设计桩长15m，桩端嵌入中风化灰岩，全断面入岩深度4.0m，桩基采用冲击钻孔法施工。

2 施工过程中遇到的问题以及处理方法

水各河大桥3#-1桩基采用冲击钻孔法施工。当桩基冲击钻进至10.2m时，在冲孔过程中钻头出现倾斜现场，偏孔严重，首先通过在冲击锤上焊上外扩锤牙进行处理，企图通过改装后的冲击锤反复上下冲击，从而修正偏孔，效果不佳，偏孔现象反而有扩大趋势。

而后采用向桩孔内回填片石重复冲进的方法进行纠偏。准确测出偏孔处斜岩位置、高点及低点的深度后，向桩孔内抛掷强度较高的片石（粒径30-50cm）及部分粘土，回填高度达到斜岩高点以上1m。先用小冲程锤击，击实回填料，击实后采用大冲程冲击。前后回填片石量达到100m³，仍没有达到纠偏效果，且处理过程耗时较长，此法也不适合。

通过采取以上通常的解决偏孔的方法都无法奏效，通过现场的施工情况再结合地勘资料，考虑常规方法无法纠偏的原因：

（1）偏孔位置相邻两种不同岩层，造成桩底岩性硬度不一，冲击时形成斜孔；

（2）岩层斜向节理发育，并且岩层倾斜面角度比较大，冲击时桩锤滑向低处，形成偏孔。

经过以上原因分析以及借鉴其他类似工程解决偏孔的方法，结合现场桩基的围岩地质描述及现场施工情况，建议采用水下钻孔控制爆破把斜面岩层和软硬不均的岩层进行爆破震松或震裂，并把钻孔打在合适的位置爆破纠偏，即在偏孔适当位置布置炮眼，用岩芯钻钻至一定深度，放置适量防水炸药，用微差控制爆破的形式进行爆破松动或爆破震裂，然后再用冲击钻冲孔，直至成孔。经过水下钻孔控制爆破处理以后，水各河大桥3#-1桩基顺利成孔，提高了桩基施工的进度，为后续施工创造了条件。

3 水下钻孔爆破设计参数

水下钻孔爆破比陆地钻孔爆破要困难的多，水的密度比空气大的多，水下爆破必须考虑克服水的阻力的能量损失，因此炸药的单耗要大些，水下爆破必须考虑炸药的防水效果及药包在桩基泥浆中的浮力影响，应考虑采用密度比水大的炸药；在桩基泥浆中的能见度很差，起爆网络连接要考虑复杂和困难程度^[2]。综合考虑，必须做好水下钻孔爆破参数设计。

3.1孔径：水下钻孔爆破的孔径取决于钻孔型号，同时考虑导管和钻具的重量。本次采用岩芯钻机，孔径取90mm，孔深150cm。

3.2爆破参数：水下钻孔布置（如孔距、孔深、掏槽孔位置、周边孔）原则要充分考虑钻孔桩的孔径、岩层厚度、钻孔位置的桩内泥浆水的深度、泥浆比重等。

周边眼孔距：a=0.75m，对于坚硬完整岩石，可以适当缩小，周边眼考虑安排7个。

排距（周边眼至掏槽眼距离）：约0.55cm

掏槽眼：间距约30cm (中间掏槽眼约安排3个）

水下钻孔超深：根据现场实际，考虑水下多泥沙现象，爆破难度大，效率低下，耗时较长，部分欠挖补充爆破难度较大，应考虑部分超钻情况。综合考虑，超钻取20%-30%的孔深。

装药量：水下爆破由于爆破介质承受泥浆水的压力，同时考虑克服水体的阻力，爆破单耗较陆地爆破较大。通常情况下水下钻孔爆破的单耗比陆地爆破增加10%-30%，这里单耗取 q=0.45+(0.05-0.15)h，h为水深，故此处单耗q=0.45+0.1*10=1.45。

单孔装药量：Q_单=q*a*b*H=1.45*0.75*0.55*0.4=0.23925kg，H包括超深值

一般水下爆破：Q=KβeW³(0.4+0.6n³），其中K为单耗（kg/m³）；β为水深影响系数^[3]，这里取1.2；e为水深换算系数，乳化炸药取1.0；W为最小抵抗线（m），这里取0.75；n为爆破作用指数，取1.5，故此处Q=1.45*1.2*1.3*0.75^3*（0.4+0.6*1.5^3）=2.31kg。

3.3装药结构：掏槽孔采用连续装药结构，装药量比一般爆破应适当增大；周边眼可以考虑不耦合装药结构或间隔装药形式。

3.4起爆网路：孔间采用非电导爆管起爆，导爆管长度根据水深适当考虑加长，孔外采用双雷管起爆，保证爆破准爆效果。

4 水下钻孔控制爆破施工工艺

4.1 施工工艺流程

制定水下爆破成孔方案—岩芯机就位—导管、套管下放固定—岩芯机钻孔—PVC管下放固定—药卷加工、装药—网络连接—井口覆盖防护—安全警戒—药卷起爆及爆后检查—冲击钻就位、钻进成孔。

4.2 施工控制要点

4.2.1制定水下爆破成孔方案

经过检查分析判断，确认已经遇到了倾斜岩层，通过扫孔及回填片石无法进行纠偏时，实施斜面岩层水下爆破进行纠偏。沿护筒内侧等分布置10个以上测点，测出孔内斜岩深度的详细数据，根据孔径、斜岩高低点深度差值，布置爆破孔眼，在桩位中心设一个掏槽眼，距孔壁约0.3m处桩周边布置5个周边眼，其中在高侧斜面岩面布置孔眼间距可适当小些。

4.2.2 岩芯钻机就位、钻孔

在桩位上钻孔采用岩芯钻机，机械就位后，采取由低到高孔位顺序钻孔。为保证钻孔位置准确，采取在孔口炮眼位置安置槽钢井架，确保定位准确。

（1）安装保护管：钻孔位置安装内径30cm灌注桩导管作为保护管，设置长度2m的导向架调整好导管垂直度，并将其固定。

（2）安装钻机套管：先用岩芯机在导管内钻取100mm的钻孔（孔径90mm），拔出钻杆，在灌注桩导管中下放岩芯钻机套管，调整好套管垂直度并固定好，在套管外侧灌注桩导管内填入低剂量水泥浆，防止灌注导管外侧的泥沙涌入炮眼内。

（3）岩芯钻机钻进施工：用岩芯钻机钻孔，考虑到桩径、岩石硬度、炸药药包的长度（约40cm左右）以及斜面的高差，钻孔深度一般考虑在1.5m左右，并且确保孔深在斜面岩层最低点以下100cm左右。由于地勘钻孔位置距离桩位较远，为准确勘查下面的地质情况，最低点的炮眼钻至设计孔底标高，以便判断斜面岩层的厚度。

4.2.3安装PVC管

钻孔完成后，进行清孔，拔出钻杆，将φ75mmPVC管沿套管放入炮眼并固定，PVC管比桩基内泥浆面高50cm，然后将外侧的钻机套管及灌注桩导管缓慢拔出，仅留PVC管作为隔离泥浆和放置桩底炸药的管道，防止爆破时，将套管及导管炸裂破坏。

按照以上步骤，钻取其他的孔位。全部钻完以后，再次对炮眼进行清孔。

4.2.4 药卷加工及装药

由专业爆破人员根据钻孔深度及岩石硬度情况设计装药量，水下爆破炸药包采用φ50mm的PVC管做成爆破筒，用胶带将炸药和雷管绑扎成串状，放入φ50mm的PVC管内，底部用胶带多层密封，靠近PVC管顶部10cm对称钻眼，穿入铁丝将药包沿φ75mmPVC管道缓慢下放至炮眼底部。单孔装药量通常按照药量体积分配，单孔装药量为0.9~1.2kg。

为防止下药包的过程中卡位，下药前应再次清孔并测泥浆比重，防止泥浆比重过高使炸药不能下放到位；下药前用测绳量测孔深，下药后确认药卷下放到位。为防止加工好的药包上浮，应采用铁坠进行配重，并注意药包下方的位置和深度，确保爆破效果。

4.2.5 网络连接与安全警戒

爆破设计方案要满足现场施工需要，严格设计起爆网络，微差起爆延时时间控制在75ms-100ms，起爆网络采用非电导爆管雷管起爆网络，连线时要注意孔外起爆雷管的安全保护，切记脚踩磕碰，为保证网络准爆，采取双雷管双根导爆管雷管起爆，装药前施工人员及机械设备撤离到安全区，加强井口覆盖，设置安全警戒哨，爆破区设置警戒标识牌，严禁无关人员入内^[4]。

4.2.6 药包起爆及爆后检查

采用微差控制爆破，设置中间掏槽眼先起爆，再起爆周边眼。爆破后，等到规定时间后，爆破人员进入爆破区查看现场，进行安全检查，确认爆破区安全后，方可撤除警戒。

如有盲炮，经检查确认钻孔内雷管和支线完好可重新联结起爆；堵塞长度小于殉爆距离时，可装入新起爆体爆破；在盲炮孔附近投放裸露药包爆破；当能判明盲炮的准确位置时。可在距钻孔适当位置(小于殉爆距离)另钻平行孔，装药诱爆。

4.2.7 冲击钻继续钻进成孔

待爆破完成后，冲击钻机重新就位，再按照回填片石的方法重新冲击钻进，如钻进至岩芯钻孔深后还是出现偏孔现象，则继续重复以上步骤处理，直至达到设计标高为止。

5 结束语

在三荔高速SLTJ-4标水各河大桥3#-1桩基施工中，通过采用水下钻孔控制爆破技术处理斜面岩层的桩位纠偏，有效解决了斜面岩层成孔困难、成孔周期长的问题，技术安全可靠，以水各河大桥3#-1桩基为例，采用常规回填片石重新冲击成孔的方式，考虑5次回填冲击，原本需要10天的成孔时间缩短为5天，缩短了50%桩基成孔时间，纠正了桩基偏位，提高了成孔垂直度，节约了常规扩孔造成孔径过大以及回填片石重新冲击成孔的工程成本机械人工费用将近2万余元，为以后类似工程提供借鉴，但施工时必须注意：

（1）由于桩基为端承桩，桩底出现斜面时，底部有大量的砂石，下放混凝土导管和套管时，如果导管和岩面不密贴，在岩芯机钻进时，不时有砂石流进炮眼内，造成卡钻或埋钻，可以在砼导管内放置低浓度的水泥浆，将砂石固结并且强度不高，砼导管容易拔出。

（2）为确保施工安全，必须严格计算炮眼位置、深度及药量，并且待炮眼全部成孔后，再清孔下放炸药包，而不是成孔一个，安装一个。

（3）水下钻孔装药时，应严格遵循爆破设计说明，注意装药位置的控制、装药结构和微差起爆时间和顺序的安排。

（4）爆后检查应注意爆破后水下孔内爆破效果及残留爆破器材的检查，对后续钻孔的安全至关重要，应引起高度重视。

[参考文献]

1. 刘殿中, 杨仕春. 工程爆破实用手册[M]. 冶金工业出版社, 2003.

2. 余贤高, 吴晓阳. 桥墩基础的水下控制爆破[J]. 采矿技术, 2010, 10(4):2.

3. 郭钰锋. 水中裸露强风化斜岩桩基施工方案[J]. 广东土木与建筑, 2009(11):2.

4. 李观正. 水下钻孔爆破施工中的安全和质量控制[J]. 珠江水运, 2021(18):2.