一种整板岩石区的桩基控制爆破开挖方法

摘要

本发明提供了一种整板岩石区的桩基控制爆破开挖方法，包括以下步骤：S1、场地进行开挖平整，桩基定位；S2、桩基中心部位钻桩心孔；S3、桩基内环向设置炮眼；S4、炮眼内装药、起爆；S5、桩孔内清渣、护壁，并进行桩基下一段控制爆破开挖，至桩基完成。本发明提供的方法，能降低岩石夹制力，减弱爆破强震动，同时减少爆破用药量，爆破后对桩基周边岩石、桩底持力层岩石不会造成震裂破碎现象，在桩基密度较大区能有效确保邻桩开挖的安全，桩底持力层岩石的质量也能得到有效保障，爆破后桩孔断面规整，块度均匀。

说明书

技术领域

本发明涉及建筑施工领域，具体涉及一种整板岩石区的桩基控制爆破开挖方法。

背景技术

近年来，桩基工程广泛应用于城市高层建筑，而根据地质水文条件及岩土性质的不同，桩基成孔的方式也多种多样，如人工挖孔桩、冲孔桩、钻孔桩、旋挖桩等，但在考虑技术经济成本的基础上，目前国内仍有部分地区采用人工挖孔桩。人工挖孔桩往往也受地质条件的限制，其中岩石地区的人工挖孔桩爆破开挖是施工难点之一。

传统的桩基内岩石爆破开挖是直接在桩基内岩石上开炮眼，然后装药同时引爆或分段引爆。但在整板岩石区，尤其是在岩石裸露表面的桩基开口炮，运用此法爆破难以控制桩径，往往会炸成一大坑，同时桩基周边及桩底岩石易被震裂，在桩基密度较大区会严重影响邻桩开挖，甚至导致桩间相互穿孔，以及对桩底持力层造成震裂破坏。

发明内容

本发明针对现有技术中存在整板岩石区桩基直接开炮眼爆破开挖存在的开挖掘进慢、桩径难以控制、易导致桩基周边及桩底岩石震裂，影响邻桩开挖、桩间穿孔、桩底持力层震裂破坏的技术问题，提出一种新的针对整板岩石区的桩基控制爆破开挖方法，其能降低岩石夹制力，减弱爆破强震动，爆破后对桩基周边岩石、桩底持力层岩石不会造成震裂破碎现象，在桩基密集区能有效确保邻桩开挖的安全，桩底持力层的质量也得到有效保障，爆破后桩孔断面规整，块度均匀。

本发明的技术方案为：

一种整板岩石区的桩基控制爆破开挖方法，包括以下步骤：

S1、对整板岩石区场地进行开挖平整，并对桩基进行定位；

S2、在定位好的桩基中心部位钻若干个桩心孔，形成桩心掏空区；

S3、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；

S4、在所有炮眼内装入岩石乳化炸药和毫秒延期雷管，且每相邻的两圈炮眼中位于外圈炮眼内的雷管起爆时间滞后内圈炮眼中雷管起爆时间25ms至100ms，堵塞炮眼后起爆；

S5、桩孔内清渣、护壁，并进行桩基下一段控制爆破开挖，直至桩基完成。

本发明提供的方法，通过采取对桩心部位钻孔形成桩心掏空区，沿桩心掏空区环向设置炮眼，在炮眼内配以毫秒延期雷管并通过炮眼的分阶分段爆破制造临空面，从而达到降低岩石夹制力，减弱爆破强震动的目的，同时较现有技术而言减少了爆破用药量，爆破后对桩基周边岩石、桩底持力层岩石不会造成震裂破碎现象，特别在桩基密度较大区能有效确保邻桩开挖的安全，桩底持力层岩石的质量也能得到有效保障，爆破后桩孔断面规整，块度均匀。

附图说明

图1为桩基中心部位钻3个桩心孔的结构示意图。

图2为桩基内环向设置炮眼（桩径为1m）后的结构示意图。

图3为内环炮眼爆炸后瞬间的结构示意图。

图4为外环炮眼爆炸后的结构示意图。

图中: 1——桩基，2——桩心孔，3——内环炮眼，4——外环炮眼，5——第二级临空面。

具体实施方式

本发明提供了一种整板岩石区的桩基控制爆破开挖方法，包括以下步骤：

S1、对整板岩石区场地进行开挖平整，并对桩基进行定位；

S2、在定位好的桩基中心部位钻若干个桩心孔2，形成桩心掏空区；

S3、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3和均匀分布于内环炮眼外围的若干圈外环炮眼；

S4、在所有炮眼内装入岩石乳化炸药和毫秒延期雷管，且每相邻的两圈炮眼中位于外圈炮眼内的雷管起爆时间滞后内圈炮眼中雷管起爆时间25 ms至100ms，堵塞炮眼后起爆；

S5、桩孔内清渣、护壁，并进行桩基下一段控制爆破开挖，直至桩基完成。

本发明的发明人通过对岩石爆破原理进行分析，发现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，桩基内自由面狭小、作业面较深、岩石的夹制力过大，难以消减爆破强震动。

因此，本发明提供的方法中，通过采取对桩心部位钻孔形成桩心掏空区，沿桩心掏空区环向设置炮眼，在炮眼内配以毫秒延期雷管并通过炮眼的分阶分段爆破制造临空面，从而达到降低岩石夹制力，减弱爆破强震动的目的，同时较现有技术而言减少了爆破用药量，爆破后对桩基周边岩石、桩底持力层岩石不会造成震裂破碎现象，在桩基密度较大区能有效确保邻桩开挖的安全，桩底持力层岩石的质量也能得到有效保障，爆破后桩孔断面规整，块度均匀。

具体地，根据本发明提供的方法，在钻孔之前需先对场地进行开挖平整，并做好施工准备。

其中施工准备为本领域技术人员公知，例如（1）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，钻机钻孔及爆破等专项施工方案；（2）对工程和施工用材按有关规范、规程进行检查验收；（3）对使用的各种计量、检测仪器进行检查复验；（4）对坐标体系及标高进行复核；（5）选定合适的施工机具及配套设施；（6）进行各工种的技术培训及安全教育；（7）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。

场地开挖平整一般包括：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。

对桩基进行定位一般采用全站仪进行，并对定位好的桩基采用红铅油对桩基中心部位需开孔位置进行标记，同时绘出桩基边沿轮廓线，以便于后续定位钻孔。

根据本发明的方法，然后开始对桩基1的中心部位进行钻若干个桩心孔2，如图1所示，形成桩心掏空区。本发明，所述桩心孔2可通过潜孔钻机形成，即桩心孔2的孔径由潜孔钻机的钻头尺寸决定。优选情况下，考虑钻孔难度及技术经济，一般选用Ф150mm的钻头，因此形成的桩心孔2的孔径为150mm。桩心孔2的深度可根据实际开挖深度需要进行相应选择，本发明没有特殊规定。优选情况下，桩心孔2的个数为3个；且3个桩心孔为连环设置。

为保证桩心孔2的精准设计，本发明中，在潜孔钻机的钻杆中心对准已定位好的开孔位置后，应调平钻机，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。每钻完一个孔后，需清孔提钻杆，并采用柔性材料对孔口进行塞堵，以防掉入杂物，然后接着钻下一个孔。

根据本发明的方法，桩心孔2钻好后，形成桩心掏空区，然后在桩心掏空区的外环均匀钻若干圈炮眼，每圈炮眼交叉排列。本发明中，炮眼可通过采用手持式气动凿岩机形成，但不局限于此。

本发明中，炮眼的圈数可根据炮眼间距及桩径进行适当调整，一般应为两圈以上。各圈炮眼均应交叉排列，整个炮眼呈梅花形分布。其中，最内圈的炮眼为内环炮眼，其它外圈的炮眼为外环炮眼，其均匀分布于内环炮眼外围。例如，桩径为1m时，炮眼的圈数为2圈（即内环炮眼3和外环炮眼4），如图2所示。

本发明中，所述内环炮眼3的个数为3-4个。优选情况下，内环炮眼3分布于以桩心为圆心、半径为0.25m的圆周上。且内环炮眼3与桩心孔2交叉分布。内环炮眼3的直径为40mm，内环炮眼3各炮眼之间的间距为300-400mm，

若最外圈的外环炮眼与桩孔壁之间的间距过大，不能保证最后形成所需桩径的桩孔；若间距过小，爆炸后桩径过大，影响邻桩开挖。因此，优选情况下，本发明中，最外圈的外环炮眼与桩孔壁的间距为100-200mm。外环炮眼的直径为40mm，外环炮眼中两个相邻的炮眼之间的间距为300-400mm。本发明中，对于每圈外环炮眼中的具体个数没有特殊限定，其按炮眼间距为300-400mm均匀分布即可。

采用气动凿岩机钻炮眼之前，可采用红铅油进行准确定位，其误差不得超过5cm。所述气动凿岩机为手持式气动凿岩机。

在小直径孔桩入岩爆破中，岩石的周边夹制力大，炮眼利用率低。因此，本发明中，所有外环炮眼的深度为桩孔直径的0.6-0.8倍，位于最内圈的炮眼（即内环炮眼3）的深度比外环炮眼的深度大100-200mm。

本发明中，桩心孔2、所有炮眼（包括内环炮眼3和外环炮眼）均为垂直炮眼。在钻孔时，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。

类似地，在炮眼钻孔完成后，需要对孔口周围的碎石、杂物进行清理，防止堵塞炮孔。孔口周围破碎不稳固段，应进行维护，避免孔口形成喇叭状。钻孔完成后，应对成孔进行验收检查。对不合格的应进行补孔、补钻、清孔，并将检查结果向爆破工程技术人员汇报，准备用药计划。

根据本发明的方法，桩心孔2和炮眼均形成后，即可往炮眼内装入岩石乳化炸药和毫秒延期雷管，堵塞炮眼后即可起爆。优选情况下，炮眼内装入岩石乳化炸药的量为炮眼深度的1/3。

本发明中，各炮眼中所用的毫秒延期雷管可从起爆间隔为25ms、起爆段数为1~5段的各种毫秒延期雷管中选取，且同圈炮眼应选用同种雷管，从而实现相邻两圈之间的雷管起爆时间分别在25 ms至100ms时间差内，如第一外圈选用1段的毫秒延期雷管时，第二外圈则选用2段以上的毫秒延期雷管，保证每相邻两圈炮眼中外圈炮眼雷管起爆时间比内圈炮眼雷管起爆时间延期25 ms至100ms。

本发明适用硬度系数为6.0以上的中等硬度岩石或坚硬岩石。所述炮眼设置的间距、深度、装药量等数据符合《水运工程爆破技术规范》(JTS204-2008)中的相关规定。

作为本领域技术人员的公知常识，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，包括每个炮眼内装药量、出现的问题及处理措施。

装药应用木制长杆或竹制长杆进行，控制其装药高度，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。装药时同时需注意毫秒延期雷管的对号入座。

堵塞炮眼时采用的堵塞材料为钻孔产生的石渣、粘土和/或岩粉，岩石乳化炸药上方的堵塞长度为20cm以上。需要注意的是，操作人员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。

装药、堵塞完成后，即可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。然后，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，爆破工作指挥人才能发出起爆信号进行起爆。

本发明中，炮眼内采用微差爆破使用的毫秒延期雷管，且外环炮眼滞后内环炮眼起爆25 ms至100ms。炮眼内装入的炸药采用防水性好的岩石乳化炸药。起爆器可选用K62-FB-100防爆型起爆器，串联起爆能力达100发，充电时间≤10s，供电时间≤4ms，电源电压4.5V。

以1m桩径为例，如图1或图2所示，桩心处的桩心孔2即为爆破第一级临空面；内环炮眼3爆炸后形成第二级临空面5，如图3所示；外环炮眼4爆炸后该爆破区的桩基已基本成型，如图4所示。

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。清渣时若发现瞎炮，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。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。

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。

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

采用本发明提供的方法对永州市南电北苑住宅工程部分整板岩石裸露区80枚桩基进行开挖，施工成本为：

①潜孔钻机开孔费用3万元；②爆破器材费用3万元；③施工费用15万元（含灌注混凝土施工费用）；④其它费用1.5万元；共计费用为22.5万元，桩基施工工期约为25天。

采用传统爆破开挖法进行开挖，施工成本为：

①爆破器材费用5.8万元；②施工费用26万元（含灌注混凝土施工费用）；③其它费用1.5万元；共计费用为33.3万元，桩基施工工期约为40天。

即采用本发明提供的方法比传统爆破施工法：

节约费用33.3万元-22.5万元=10.8万元

缩短工期40天-25天=15天。

采用冲孔桩法进行开挖，施工成本为：

①施工费用40万元（含灌注混凝土施工费用）；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。

即采用本发明提供的方法比冲孔桩法：

节约费用45.5万元-22.5万元=23万元

缩短工期35天-25天=10天。

采用钻孔桩法进行开挖，施工成本为：

①施工费用60万元（含灌注混凝土施工费用）；②其他费用1.5万元；共计费用为61.5万元，整个地基基础施工工期约为45天。

即采用本发明提供的方法比钻孔桩法：

节约费用61.5万元-22.5万元=39万元

缩短工期45天-25天=20天。

以上实施例仅为本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，所作出的若干改进，也应视为本发明的保护范围。