岩石地区桩基控制爆破成孔施工工法

'岩石地区桩基控制爆破成孔施工工法1、湖南省第五工程有限公司2、湖南东方红建设集团有限公司黄孝芳颜昌明彭治洲郑智洪吴亚萍摘要：岩石地区的人工挖孔桩爆破成孔因难以控制桩径、掘进慢、耗药量大，一直是施工中的难点。本工法通过采取对岩石区桩基桩心部位进行钻孔形成桩心掏空区，及沿桩心掏空区环向设置炮眼配以毫秒延期雷管分阶（空间）分段（时间）爆破制造临空面的措施，达到降低岩石内部夹制力，减弱爆破强震动，加快掘进速度的目的。爆破后的桩孔断面规整，块度均匀，超（欠）挖量小。关键词：岩石地区桩基桩心掏空区临空面控制爆破1.前言房屋建筑桩基工程，根据地质水文条件及岩土性质的不同，桩基类型和成孔的方式多种多样。在工程地质条件较好且持力层埋藏较浅的地区，人工挖孔桩以承载力大，造价低和施工质量易于保证等优点而被广泛采用。但岩石地区的人工挖孔桩爆破成孔因难以控制桩径、掘进慢、耗药量大，一直是施工中的难点。本文结合我公司在石灰岩地区多个桩基工程控制爆破开挖的施工经验，研究总结出一套岩石区人工挖孔桩控制爆破开挖施工工法，运用该工法切实解决了岩石区桩基爆破开挖难度大的问题，有良好的经济效益及社会效益，具有施工安全、快速、经济、可靠的优点。通过多个工程的成功应用，为解决岩石区桩基爆破开挖的需要，我司特编制了此施工工法，在同类工程的人工挖孔桩基爆破开挖中具有良好的推广应用价值。该工法被评为“湖南省2012年度工程建设省级工法”，申报了国家发明专利并已受理，其关键技术经湖南省住房和城乡建设厅组织的技术专家委员会审查达到国内领先水平。2.工法特点2.0.1本工法是以整板岩石为对象，对整板岩石区的人工挖孔桩进行控制爆破成孔。2.0.219 由于在整板岩石区进行桩基爆破开挖，岩石内部具有强大的夹制力，利用桩心掏空法兼以桩孔内微差爆破制造临空自由面的原理，达到降低岩石内部夹制力的目的，进行桩基爆破开挖，具有掘进速度快、桩基成孔施工质量易于保证、操作方便简单、施工费用低等优点。2.0.3利用潜孔钻机在桩心部位开孔制造爆破第一级临空自由面，桩基内环向设置炮眼配以毫秒延期雷管爆破制造第二级或更多级临空自由面。2.0.4桩心部位开孔形成桩心掏空区兼以桩孔内环向微差延时起爆，能有效减少爆破器材用量，降低了爆破时产生的地面强震动及噪音，从而能有效减少对环境的影响。2.0.5由于能有效减少爆破器材用量，削弱了爆破能量，能大幅度降低爆破飞石的产生率，增加了安全效益。3.适用范围本工法适用于硬度系数4.0以上较硬或坚硬浅层整板岩石类地基人工挖孔桩控制爆破成孔，及其它需进行定型爆破开挖的工程。4.工艺原理传统的桩基内岩石爆破开挖是直接在桩孔内岩石上钻炮眼，而后装药同时引爆或分段引爆。而在整板岩石区，运用传统爆破法耗药量大，掘进慢，难以控制成孔桩径，往往炸成一大坑。爆破强震动使得桩基周边及桩底岩石易被震裂，在桩基密度较大区严重影响邻桩开挖，甚至导致桩间相互穿孔以及对桩底持力层造成震裂破坏。通过对岩石爆破原理的分析，引起整板岩石区桩基爆破难以控制的主要原因是由于岩石密度大，桩基内岩石自由面狭小、作业面较深、岩石内部的夹制力过大，难以消减爆破强震动。本工法通过采取对桩心部位进行钻孔形成桩心掏空区，及沿桩心掏空区环向设置炮眼配以毫秒延期雷管分阶（空间）分段（时间）爆破制造临空面的措施，达到降低岩石内部夹制力，减弱爆破强震动，加快掘进速度的目的。爆破后的桩孔断面规整，块度均匀，超（欠）挖量小，对桩基周边岩石及桩底持力层岩石一般不会造成震裂破碎现象，从而确保了邻桩开挖的安全，桩底持力层的质量也得到了保障。该工法的关键技术是首先在桩心部位钻三个连环孔，钻至设计桩底，形成桩心掏空区，制造爆破第一级临空面——再沿桩心掏空区外围由内而外交叉布置若干层环向炮眼——利用毫秒延期雷管由内环向外环逐层引爆，形成更大范围的临空面——最外环炮眼引爆后，桩基轮廓基本成型，继而进行桩孔内清渣、护壁后形成上段桩孔——19 继续向下重复桩心掏空区外的上述步骤逐段形成桩孔，最终形成整根桩的桩孔。现以模拟现场1m桩径的桩基控制爆破示意图简要说明其施工工艺原理：图4-1桩基中心开孔形成爆破第一级临空面图4-2桩基内环向炮眼布置19 图4-3内环炮眼引爆后瞬间形成更大范围的临空面图4-4最外环炮眼引爆后桩基轮廓基本成型5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程19 施工准备场地土石方开挖、平整桩基放样定位桩基中心部位潜孔钻机钻孔形成桩心掏空区沿桩心掏空区外围由内而外布置若干层环向炮眼炮眼内装药、由内环向外环逐层引爆桩孔内清渣、护壁，进行下一段爆破施工直至完成桩孔。5.2施工操作要点5.2.1施工准备1.选定具有爆破资质的专业施工队伍，并履行爆破相关手续。2.根据施工图纸及有关技术文件编制施工组织设计及土石方开挖、爆破等专项施工方案。3.对工程和施工用材按有关规范、规程进行检查验收。4.对使用的各种计量、检测仪器进行检查复验。5.对坐标体系及标高进行复核。6.选定合适的施工机具及爆破器材。7.进行各工种的技术培训及安全教育。8.要求现场施工管理人员充分了解、熟悉工艺原理、施工方法和操作要点，有事故预防措施和事故应急处理预案。5.2.2场地土石方开挖平整1.根据地质勘察报告，摸清工程区域地质、水文情况，同时查明施工区域内地下管线、电缆等障碍物情况，如是基坑开挖应注意地下水降排及对邻近建筑物的影响。2.按要求对场地土石方开挖至设计标高，对于裸露岩石的露天爆破开挖应采取覆盖隔离措施，控制用药量及爆破方向，使其不对周边环境构成威胁，裸露岩石开挖面临近设计标高时，注意控制开挖面的平整度。3.场地开挖平整完成后，需做好场地内排水措施，如是基坑需在基坑边沿顶部及底部做好排水措施，确保基坑无积水，保证施工质量及安全。5.2.3桩基放样定位1.考虑施工方便，采用全站仪进行桩基放样定位。2.对已定位好的桩基用红铅油对桩中心需开孔位置进行标记，同时绘出桩基边沿轮廓线，以便于潜孔钻机定位钻孔。5.2.4桩基中心部位潜孔钻机钻孔1.钻孔施工工艺：孔位测量定位钻机就位接钻杆校正孔位19 调整角度及钻杆垂直度钻孔钻至设计深度提钻杆、清孔孔口塞堵接钻下一孔。2.考虑钻孔难度及技术经济成本，适宜采用Ф150mm大小的钻头，在桩心处连环开孔3个（见图4-1）。3.钻机定位调平：使钻杆中心对准已定位好的开孔位置后，调平钻机，保证钻机的平整和导向架的垂直，偏差不得大于1%，确保钻机在施工中不发生倾斜、移动和松动。4.钻孔深度同设计桩（墩）长。5.对已钻好的孔洞应用柔性材料将孔口进行塞堵，以防掉入杂物。5.2.5桩基内环向炮眼设置1.在桩心掏空区的外环均匀钻至少两圈交叉排列的孔，得到环向均匀排布且交差排列的若干圈炮眼，包括最内圈的内环炮眼和均匀分布于内环炮眼外围的若干圈外环炮眼。2.内环炮眼的个数为3-4个；内环炮眼分布于以桩心为圆心、半径为0.25m的圆周上，且内环炮眼与桩心孔交叉分布；内环炮眼的直径为40mm，炮眼间距为300-400mm。3.外环炮眼的直径为40mm，外环炮眼中相邻两个炮眼间距为300-400mm，最外环炮眼与桩孔壁的间距为100-150mm。4.在桩基入岩爆破开挖中，岩石的周边夹制力大，炮眼利用率低。一般炮眼深度取孔桩直径的0.6-0.8倍，其中最内环眼应比外环眼加深100-200mm。5.钻眼前，应用红铅油对炮眼进行准确定位，其误差不得超过2cm。6.采用手持式气动凿岩机进行炮眼钻孔，在钻孔时，应该严格控制孔位、孔径、钻孔深度及垂直度。7.对孔口周围的碎石、杂物进行清理，防止堵塞炮眼。孔口周围破碎不稳固段，应进行维护，避免孔口形成喇叭状。8.钻孔完成后，应对成孔进行验收检查。对不合格的应进行补钻、补孔，并将检查结果向爆破工程技术人员汇报，准备用药计划。5.2.6装药、起爆1.按照《爆破工程计算手册》相关用药量计算确定，装药量约为炮眼深度的1/3。2.装药前需用高压风管将炮眼内的石屑吹净，如孔内有积水，需用吸水布排除积水后方能进行装药作业，并做好装药的原始记录，包括每孔装药量、出现的问题及处理措施。3.装药应用木制长杆或竹制长杆进行，控制好装药高度，装药过程中如发现堵塞时应停止装药并及时处理，严禁用钻具处理装药堵塞的炮孔。装药的同时需注意毫秒延期雷管的对号入座。19 4.装药完成后对炮眼进行堵塞，堵塞材料采用钻孔的石渣、粘土、岩粉等，堵塞长度不少于20cm，不得自行增加药量或改变堵塞长度，堵塞时应防止堵塞悬空，保证堵塞材料的密实，不得将导线拉得过紧，防止被砸断、破损。5.装药、堵塞完成后，严格按照爆破设计进行网路连接，防止漏接、错接，并用绝缘胶布包好结头。6.警戒人员从爆区由里向外清场，所有与爆破无关的人员、设备撤离到安全地点并警戒。确认人员设备全部撤离危险区，具备安全起爆条件时，爆破工作指挥员才能发出起爆信号进行起爆。5.2.7桩孔内清渣、护壁，下一段爆破施工1.爆破后，严格按照《爆破安全规程》规定的等待时间超过15min，方准许检查人员进入爆区进行检查，确认安全后，方准发出解除警戒信号。2.清渣时如发现瞎炮，应及时报告项目部安排专业人员处理，禁止非专业人员私自处理。3.为确保桩位的准确性，清渣后应做桩基护壁，第一节护壁时，应重新用仪器校核桩位。桩孔下部后续爆破开挖后，可根据实际情况是否做桩基护壁。4．在进行下一段爆破炮眼钻孔时，严禁重钻上段爆破后残留炮眼，以防残留雷管炸药发生爆炸事故。6.材料与机具设备6.1测量仪器设备6.1.1全站仪：可用GTS-311型，用于桩孔定位。6.1.2水准仪：可用DS3型，用于场地开挖平整及桩顶标高控制。6.2钻孔用机械设备6.2.1潜孔钻机：可选用开山牌KG940A型潜孔钻机，冲击和回转钻进并用，钻头采用Φ150㎜牙轮钻头，用于桩心部位开孔。6.2.2手持式气动凿岩机：可选用开山牌Y018型手持式气动凿岩机，用于炮眼钻孔。6.2.3空气压缩机：选用与潜孔钻机和凿岩机相匹配型号，为潜孔钻机及手持式气动凿岩机提供空气动力。6.3爆破用器材6.3.1雷管：19 选用微差爆破使用的1～5段毫秒延期雷管，每段时差25ms，即外环炮眼滞后相邻内环炮眼起爆25～100ms。6.3.2炸药：选用防水性好的岩石乳化炸药。6.3.3爆破母线：选用专业厂家生产的铜芯绝缘线，严禁使用铝芯线和裸线。6.3.4起爆器：可选用K62-FB-100防爆型起爆器，串联起爆能力可达100发，充电时间≤10s，供电时间≤4ms，电源电压4.5V。7.质量控制7.1执行标准及依据《爆破安全规程》(GB6722-2011)、《建筑桩基技术规范》（JGJ94-2008）、《建筑地基基础设计规范》（GB50007-2011）、以及岩土工程勘察报告、设计图纸等。7.2质量控制管理措施7.2.1认真学习相关技术规范，对工艺原理以及施工要求做到全面理解；做好各项技术交底工作，严格按施工程序施工。7.2.2成立单位工程项目经理部和操作班组长组成的检查小组，进行定期或不定期检查工作。7.2.3各种爆破用器材必须按品种、规格、批量、进场时间、使用部位及数量进行登记。7.2.4定位放线由施工方技术人员及监理工程师复核验收后方可进入下道工序施工并及时办理定位放线记录。7.2.5施工管理人员及特殊工种施工人员必须持证上岗，严禁无证操作。7.3质量控制技术措施7.3.1测量定位桩基测量定位由专业测量员、施工员与建设单位、监理单位等有关人员一道进行，在施工场地不受影响的位置设置三个平面及高程控制点，经校对无误后，长期保护，作为基准点使用。以基准点为基础，依据设计提供的桩基平面坐标布置图，使用全站仪进行桩孔定位，反复复核，使位置偏差在规范允许范围内。7.3.2钻孔质量控制1.桩心部位潜孔钻机钻孔时应保证钻机的平整和导向架的垂直，以确保孔洞的垂直度。2.为避免桩心部位潜孔钻机开孔时卡钻头，钻孔时两个钻孔间可间隔2-3cm。3.炮眼应该严格按照爆破设计中的孔位、孔径、钻孔深度、垂直度进行钻孔。19 4.钻孔完毕后，对孔口周围的碎石、杂物进行清理，并将孔口用柔性材料进行塞堵，防止掉入孔内堵塞炮孔。7.3.3爆破器材质量控制在对桩基炮眼进行装药前，首先对运抵现场的爆破器材进行验收检查,数量是否正确，质量是否完好，雷管是否同厂、同批、同牌号，各电雷管的电阻值差是否符合规定要求，对不合格的爆破器材坚决不能使用。7.3.4装药质量控制装药前应对作业场地、爆破器材堆放场地进行清理，装药人员应对准备装药的全部炮孔进行检查，排除孔内积水及障碍物等，检查合格后方能进行装药作业，并做好装药的原始记录，包括每孔装药量、出现的问题及处理措施。7.3.5爆破网路敷设装药、堵塞完成后，严格按照爆破规范要求进行网路连接，防止漏接、错接，并用绝缘胶布包好接头，各点接头必须相互扭紧并悬空，严禁将接头接触导电体或拖入泥水。网路连好后，应检测总电阻，如总电阻与计算值相差5%以上，或阻值相差10Ω时，应查明原因，消除故障，并计算其电流量，达到设计要求时方能起爆。8.安全措施8.0.1执行标准：《爆破安全规程》(GB6722-2011)、《建筑施工安全检查标准》（JGJ59-2011）、《建筑机械使用安全技术规程》（JGJ33-2001）、《施工现场临时用电安全技术规范》（JGJ46-2005）和有关地方标准。8.0.2爆破飞石的控制措施1.严格控制用药量，加强炮孔填塞质量。2.对于岩石裸露区桩基第一段爆破，由于是露天爆破，应采取定制铁桶罩盖及堆压砂袋等严密防护措施。3.对于桩孔内爆破，在爆破桩基孔口用竹笆或铁皮覆盖，并加压砂袋，以防止爆破飞石飞出地面。8.0.3爆破防地震震害措施1.桩孔入岩爆破对本桩孔及临近桩孔的临时支护和已浇筑的桩芯混凝土都可能产生影响，孔桩护壁应采用早期强度高、成型好的钢筋混凝土护壁，一般情况下护壁混凝土浇筑5天后，可进行爆破施工而不至震坏护壁。2.不应在已浇筑桩芯混凝土，但桩芯混凝土未达到龄期的桩孔20m19 范围内进行孔桩爆破作业，以免震裂没有达到设计强度的桩芯混凝土。8.0.4爆破炮烟的排除措施炸药爆炸之后产生的炮烟均为有毒有害气体，如在桩井底发生中毒，则施救困难。因此必须进行机械性强制通风排烟，施工现场可利用鼓风机在桩井口进行压入式通风排烟，或采用空压机风管在井底通风排烟。排烟的同时可以向桩井内洒水，能加快有毒气体的消除。通风排烟的时间以清除工作面炮烟为准。8.0.5爆破防漏电措施1.桩孔入岩爆破在装药时，应特别注意防漏电，在装药前桩孔内所有的电器设备应提升至地面，并对现场电源进行切断。2.在装药时，雷管的脚线应进行短接，连接爆破母线时应保证接头良好的绝缘性，严禁将接头接触导电体及拖地接触泥水，雷雨天气应停止爆破作业。8.0.6瞎炮的处理在桩孔爆破作业完成、清除桩孔内炮烟后，检查人员应到工作面检查瞎炮情况，并及时按爆破安全规程进行处理。另外施工作业人员如在清渣时发现瞎炮，应及时报告项目部安排专业技术人员处理，严禁非专业人员私自处理。8.0.7爆破器材管理措施严格遵守国家有关爆破器材的管理规定，安排专人、专库对爆破器材分门别类进行存放、看管及发放，配合民爆公司有关管理工作，当日未用完的爆破器材当日如实归还，严禁爆破器材流入社会。9.环保措施9.0.1执行《建筑施工现场环境与卫生标准》（JGJ146-2004），按国家相关规范规定编制项目绿色施工措施。9.0.2实行环保目标责任制：把环保指标以责任书的形式层层分解到有关班组和个人，列入承包合同和岗位责任制，建立环保自我监控体系。9.0.3用爆破测震仪加强爆破区域震动监测，如超规范应及时调整用药量。9.0.4各种施工材料要分类有序堆放整齐，余料注意定期回收，废料及时清理，定点设垃圾箱，保持施工现场的清洁。9.0.5采取有效措施控制现场人为噪声、粉尘的污染，如给动力空压机设置隔声罩、现场洒水湿润等，将噪声、粉尘污染控制在最低限度，并同当地环保部门加强联系。19 10.效益分析10.0.1运用桩心掏空法兼以桩孔内微差延时控制爆破，与传统桩基爆破开挖法相比，能有效减少爆破器材用量，加快掘进开挖进度，缩短施工工期、节约材料和人工费用。10.0.2爆破后，桩井成型规则，岩面平整，块度均匀，超（欠）挖量小，提高了桩基成孔质量，且对桩基护壁及邻桩基本不造成影响。10.0.3由于能有效削减爆破能量，降低了爆破飞石产生的可能性，增加了施工安全效益。同时爆破噪音减弱，提高了环保效益。10.0.4施工机械设备简单，易于操作，投入人力少，施工措施费用低。10.0.5例如由湖南省第五工程有限公司施工的永州市南电北苑住宅楼工程部分整板岩石区80枚桩基的开挖，在施工前对采用不同施工方法的经济对比如下：1.采用本控制爆破施工工法：①潜孔钻机开孔费用3万元；②爆破器材费用2万元；③施工费用15万元；④其它费用1.5万元；共计费用为21.5万元，桩基施工工期约为25天。2.采用传统爆破开挖法：①爆破器材费用3.8万元；②施工费用24万元；③其它费用1.5万元；共计费用为29.3万元，桩基施工工期约为40天。3.采用冲孔灌注桩法：经与专业施工公司沟通，此80枚桩基若采用冲孔桩法施工，施工费用如下。①施工费用40万元；②场内泥浆排污费用3万元；③其他费用2.5万元；共计费用为45.5万元，桩基施工工期约为35天。4.采用钻孔灌注桩法：经与专业施工公司沟通，此80枚桩基若采用钻孔桩法施工，施工费用如下。①施工费用60万元；②其他费用1.5万元；共计费用为61.5万元，桩基施工工期约为35天。5.经济对比结果：采用控制爆破施工法比传统爆破施工法：节约费用29.3万元-21.5万元=7.8万元缩短工期40天-25天=15天采用控制爆破施工法比冲孔灌注桩法：19 节约费用45.5万元-21.5万元=24万元缩短工期35天-25天=10天采用控制爆破施工法比钻孔灌注桩法：节约费用61.5万元-21.5万元=40万元缩短工期35天-25天=10天6.永州市南电北苑住宅楼工程整板岩石区80枚桩基的开挖，通过施工前的经济对比分析，最终采用本控制爆破施工工法，节约了施工费用，缩短了施工工期。11.应用实例湖南省永州市南电北苑住宅楼工程、湖南省长沙市金域华府19#、20#住宅工程、广东省佛山市顺德区均安镇永安路2号地商住小区等整板岩石区桩基爆破开挖均采用了此施工工法，取得了成功，也取得了很好的经济效益和社会效益。施工过程中安全隐患少，几个工程的施工无一安全事故，对环境影响小。得到了业主、设计、监理及环保行政主管部门等各方的好评。11.1实例一：湖南省永州市南电北苑住宅楼工程位于永州市零陵区南津南路，由永州市津鑫投资置业有限公司开发，湖南省第五工程有限公司承建，地下两层，地上30层，总建筑面积72000㎡，剪力墙结构，桩基础，位于石灰岩地区。本工程共计339枚桩基，其中有80余枚桩基处于石灰岩区，岩石呈整板状，硬度大，开挖难度大。通过采取此控制爆破施工工法，解决了开挖难度大的问题，加快了施工进度，节约了施工成本。该工程桩基于2012年3月份开始开挖，并于2012年6月份完工。采用该技术创造效益25万余元。11.2实例二：万科金域华府19#、20#栋住宅工程，由长沙市领域房地产开发有限公司投资，湖南东方红建设集团有限公司承建，为34层高层建筑，剪力墙结构，桩基础，位于石灰岩地区。本工程的60余枚桩基处于石灰岩裸露部位，岩石呈整板状，硬度大，开挖难度大。通过采取此控制爆破施工工法，解决了开挖难度大的问题，加快了施工进度，节约了施工成本。该工程桩基于2010年9月份开始开挖，并于2010年12月份完工。采用该技术创造效益30万余元。11.3实例三：19 广东省佛山市顺德区均安镇永安路2号地商住小区3区工程，由佛山市顺德区众城房地产发展有限公司开发，湖南省第五工程有限公司承建，共计4栋12层高层建筑，总建筑面积28307㎡，剪力墙结构，桩基础，位于石灰岩地区。本工程1、3号栋基础为裸露整板岩石，但不满足做筏板基础条件，石灰岩硬度大，桩基开挖难度大。通过采取此控制爆破施工工法，解决了桩基开挖难度大的问题，加快了施工进度，节约了施工成本。该工程桩基于2010年10月份开始开挖，并于2011年1月份完工。采用该技术创造效益30万余元。表11.4桩基控制爆破施工主要材料机具设备表序号机具设备材料名称数量用途1全站仪1台桩孔定位2水准仪1台标高控制3经纬仪1台钻杆垂直度控制4潜孔钻机1台用于桩心处钻孔5手持气动式凿岩机10台用于炮眼开孔6空气压缩机10台提供钻机空气动力7毫秒延期雷管2000发爆破用雷管8岩石乳化炸药200kg爆破用炸药9爆破母线100m爆破用导线10起爆器1台爆破用供电器注：上表为实例一工程中所需主要材料、机具，具体工程中按需要做调整。19 反映实际施工中操作要点的照片19 图—1基础岩石区土石方开挖图—2基础岩石区平整、桩基放样定位19 图—3潜孔钻机就位图—4桩心部位潜孔钻机钻孔19 图—5桩心部位钻机开孔成孔后图—6桩基内环向炮眼钻孔19 图—7炮眼成孔布置图—8炮眼装药作业19 图—9桩井爆破开挖效果-1图—10桩井爆破开挖效果-219'