静力爆破施工工法及造价分析

'静力爆破施工方法及成本分析静力爆破是近年来才发展起来的一种新型爆破施工技术，该种方法可在无振动、无飞石、无噪音、无污染的条件下破碎岩石、拆除砼或钢筋砼圬工结构物，或用于花岗岩、大理石、玉石等石材的开采和切割（提高石材荒料成材率3～4倍）。尤其适用于不允许采用炸药爆破或机械破碎施工的作业环境（如爆破作业点紧邻工厂、机关学校、医院、民宅；或高边坡危岩刷方、文物保护抢救；城市深夜破碎施工；或作业点紧邻地下排水暗渠、LNG燃气管道、输油管道、输汽管道、供暖管道、大型供水管道、输变电站、高压输电线路、军民用油库、营运机场、高速公路、轻轨、高铁附近；及国防光缆、通讯管线、城市中心旧建筑物拆除作业等作业环境受到严格限制地段）。静力爆破施工，首先在岩石上钻孔，然后灌装静力爆破剂(分粉剂和卷型两种)，依靠其膨胀力使岩石产生裂隙、裂缝，从而达到破碎目的。静力爆破剂技术性能指标必须满足《无声破碎剂》（JC506-2008）标准要求，无声破碎剂（soundlesscrackingagent）简称SCA，指凡经高温煅烧以氧化钙为主体的无机化合物，掺入适量外加剂共同粉磨制成的经水化反应而具有高膨胀性能的粉状材料。静力爆破剂属于非燃、非爆、无毒物品（无需到公安部门办理民用爆破施工许可，按普通货物购买、运输、储存、保管），它是含有铝、镁、钙、铁、氧、硅、磷、钛等元素的无机盐粉末状破碎剂，用适量水调成流动浆体，直接装入炮孔，经水化反应使晶粒变形、温度升高、体积膨胀，产生巨大膨胀压力，施加给炮孔孔壁，由于受到炮孔孔壁的约束从而产生逐渐增大的膨胀压力（最高膨胀压力30～50Mpa），根据作用力与反作用力原理，炮孔周围介质产生周向拉应力，当拉应力超过介质抗拉强度时（岩石抗拉5～10Mpa、砼抗拉2～6Mpa），炮孔之间便悄悄地产生裂隙，逐渐扩展成裂缝，继而导致介质破坏。一般装药半小时后即出现裂缝，设计适当的孔径、孔距、排距、角度，炮孔方向平行于临空面，能够达到“外科手术式”的分裂、切割岩石或砼。该工艺优点是操作简单，不需堵炮孔，不用雷管，不需点炮等操作，不需专业工种，爆破剂不受公安管制。缺点是钻孔较多，破碎效果受气温影响大，开裂时间不易控制、成本较高等。典型化学反应式为：据测定，在自由膨胀下，体积膨胀3～4倍、表面积增大近100倍，每摩尔释放出65KJ的热量，若放入炮孔由于受孔壁约束，膨胀压力可达50Mpa。常见三种型号的无声破碎剂适用温度及不同龄期的膨胀压力如下表所示：型号适用温度℃试验温度℃等级膨胀压（Mpa）8h24h48hSCA-Ⅰ25～4035±1优等品≥30≥55—合格品≥23≥48SCA-Ⅱ10～3025±1优等品≥20≥45—合格品≥16≥38SCA-Ⅲ－5～1510±1优等品—≥25≥35合格品—≥15≥25注：无声破碎剂初凝不得早于10min，终凝不得迟于150min。 孔距、排距布置表岩石硬度F=4F=6F=8F=12素砼钢筋砼孔距(cm)50～1004030203020排距(cm)805040304030静力爆破剂布孔设计参数表（H为计划破碎物体高度）破碎目标孔深L相邻孔距a(cm)排距b(cm)孔径d(mm)药量Kg/m3低硬度岩石1.00H40～100(0.6～0.9)a38～505～10中硬度岩石1.05H30～40(0.6～0.9)a38～5012～22坚硬花岗岩石1.05H25～4030～8038～5018～25石材切割0.90H20～40(0.6～0.9)a38～5012～18素混凝土0.80H20～30(0.6～0.9)a38～5012～18钢筋混凝土0.90H15～30(0.6～0.9)a38～5015～25A、■膨胀压力试验测试：用502胶水将电阻应变片贴在右图所示钢管上的相应位置，电阻应变片的引出端用双股导线与应变仪器相连，将已贴片的钢管装入Φ150×600mm塑料袋中放入水槽中，校正电阻应变仪，准确秤出1000g试样，按稠度用水量加水，置入搅拌机内搅拌1min，然后灌入钢管中用钢钎捣实，测定不同龄期下钢管的圆周方向应变量，按下式计算膨胀压力：，式中：P—膨胀压力，精确到0.1Mpa；ES—钢管的弹性模量，2.06×105Mpa；K—钢管外径与内径之比，标准管K=48/40=1.2；—钢管的圆周方向应变量，=1‰，P=53.3MPa；——泊松比，=0.3。B、■静力爆破工艺操作的主要技术要点：1●钻孔：基础、桩头、地下设施或岩石的爆破应将周围的土层挖掉，直至爆破底部以下100～200mm。孔径与破碎效果有直接关系，孔径太小不利于药剂充分发挥效力，孔径太大封口难以堵塞，推荐用直径Φ38～42mm的钻头钻孔，孔内余水、余渣应用高压风吹洗干净，孔口旁应干净无土、石渣。静力爆破的钻孔深度，对孤石宜为目标破碎体的80～90%，矿山荒料开采钻孔深可达6m，大体积岩石或砼要分步分层碎碎，钻孔深一般1～2m，装药深度为孔深的100%。孔距、排距布置间距见上表。2●装药（装药药剂布孔设计参数见上表）a◆装药时对向下或向下倾斜的眼孔，药剂中加入22～32%的水（重量比）拌成流质状后倒入孔内捣实；用药卷装填钻孔时逐条捅实，粗颗粒药剂水灰比调到0.22～0.25，粉末药剂水灰比调到0.32较好，垂直炮孔可不必堵塞。b◆装药时对水平方向和向上方向的钻孔，用比钻孔直径略小的高强纤维纸袋装入药剂，装药长度为孔深的90%。按一个操作循环所需药卷数量，放在盆中倒入洁净水完全浸泡30～50s左右药卷充分湿润，完全不冒气泡时，取出药卷从孔底 开始逐条装入并捅紧，密实地装填到孔口，即“集中浸泡、充分浸透，逐条装入，分别捣实”；也可将药剂拌和后用灰浆泵压入，孔口留5cm用黄泥封堵保证水分药剂不流出。c◆岩石开裂后，可向裂缝中加水，支持药剂持续反应，可获得更好效果。d◆对采石场和超大体积的设备基础破碎施工，采用“同步操作，少拌勤装”方式操作，即每组工人在每次操作循环过程中负责装孔的孔数不能过多，每次拌药量不超过实际完成的工作量，各灌装小组在取药、加水、拌和、灌装过程中应基本保持同步，以保证每个孔内药剂的最大膨胀压基本能保持同期出现，有利于岩石或砼的破碎。e◆每次装填药剂，都要观察确定岩石、药剂、拌和水的温度是否符合要求。灌装过程中已开始发生化学反应的药剂（表现开始冒气和温度快速上升）不允许装入孔内，从药剂加入拌和水到灌装结束，这个过程的时间不能超过5min。f◆药剂反应时间的控制：药剂（卷）反应时间太快容易发生冲孔伤人事故，反应时间一般控制在30～60min较好，施工条件较好可适当缩短反应时间。一般温度越高药剂反应时间越快，反之则慢。控制药剂反应时间太快有两种方法，一是在拌和水中加入抑制剂，加入量为拌和水的0.5%～6%；另一种方法是严格控制拌和水、干粉药剂和岩石或砼的温度。夏季气温较高，破碎前应遮挡被碎碎物，药剂低温存放，避免曝晒，将拌和水温控制在15℃以下，冬季加入促发剂和提高拌和水的水温（最高≯50℃）。g◆静力爆破药剂应根据施工温度选择合适型号，不同型号不可以互用。h◆禁止边打孔边装药，打孔要一次完成，装药也要一次完成。一般打完孔用高压风清孔后，待孔壁温度降到常温后方可装药。药剂灌装完成后孔口盖上麻袋或棕垫。i◆装填炮孔前应检查炮孔干湿程度，对吸水性强的干燥炮孔，应先以净水湿润孔壁，然后装填，以免大量吸收浆体中水分，影响水化作用和降低破碎效果。j◆静力破碎剂运输和存放过程中应防潮，开封后立即使用，如单袋一次用不完，应立即扎紧袋口，需用时再开封。静力破碎剂严禁与其他材料混放，严禁将药剂加水后装入玻璃杯或啤酒瓶等小口容器内，一旦膨胀爆裂，十分危险。k◆搅拌装药人员必须戴橡胶手套和口罩。搅拌时，如反应激烈或升温过快，应立即停止向孔内装药。装填炮孔时，操作人员要戴防护眼镜。装药后，应留有专人看护现场。在产生裂缝前，不准直视孔口，以防万一发生喷出现象时伤害眼睛。操作过程中，如及时洗手和脸，以防碱性刺激皮肤。3●静力爆破所需设备：空压机、凿岩机、钢钎、钻头、水管、吹风管（Φ25mm钢管）、盛水桶、拌和盆、捅棍（直径30mm，长1.5m木棍）、塑料筒、塑料盒、塑料水瓢、塑料漏斗、防护眼镜（防尘防冲击PVC护目镜）、防护手套（高袖橡胶手套）、口罩、毛巾、电子秤、量筒（搪瓷或玻璃量杯，容积100mL）、全站仪、水准仪。拆除钢筋混凝土时，还应备有氧割设备，先查明钢筋的分布状况，然后再钻孔，并将被爆破体的箍筋及部分竖筋用氧乙炔焰割断。 C、■静力爆破成本分析：静力爆破药剂市场价约2500～3000元/T，SCA-Ⅰ型粉剂市场价2.8元/kg，6m×12m面积布孔总数：个，次坚石一个循环钻孔进尺1.5m，则爆破单方岩石钻孔进尺总延米数为。1台9m3/min空压机配2台风动凿岩机（7655型气腿式），7655型气腿式风钻正常工作耗气量最大75L/s，1台9m3/min空压机可以匹配的风钻台数=，7655型风钻次坚石钻进速度可达0.4～0.5m/min，3天可布完孔。钻孔孔径Φ=38～42mm时，每m可装爆破药剂2±0.2kg，单方消耗静爆药剂剂量为，静爆剂费用；单方人工消耗(含布孔、钻孔、拌药装填、风镐解小、破碎、翻渣、清面等)约1个工日，以120元/工日，计；单方辅材消耗：合金钻头0.02个(30元/个)，钢钎0.018kg（7元/kg），高压胶管、风管0.17m(13.5元/m)，水1.26m3(3元/m3)，其它零星材料费6.75元/m3，辅材费用；单方凿岩机钻孔0.056台班（18.4元/台班），9m3/min空压机0.028台班（710元/台班），电动修钎机消耗0.04台班（122元/台班），单方机械费用约25.79元/m3；单方工料机合计226.32元/m3，考虑25%的综合管理费，综合开挖单价约282.90元/m3，是常规炸药爆破开挖石方成本的10～15倍。广东省建筑定额一类地区：A1-101平基静力爆破基价338.42元/m3，A1-104沟槽静力爆破基价375.69元/m3，高出市场价约20～32%。静力爆破效果及药剂形式如下图示： ` 井. '