超大直徑筒倉墩基石方爆破與復(fù)雜地基處理

黨國平

（山西西山金信建筑有限公司，山西 太原 030200）

1 工程概況

山西焦煤西山煤電集團(tuán)公司杜兒坪礦儲(chǔ)配煤系統(tǒng)改造工程新建原煤倉，工程主要包括3座內(nèi)徑為27 m的原煤筒倉，倉間軸線間距為3 m，筒倉內(nèi)徑為27 m，倉體高度51.4 m（地面以上），存煤高度為40.3 m，單倉儲(chǔ)煤能力為20 kt，倉壁厚為400 mm，筒壁厚為500 mm，由筒倉結(jié)構(gòu)、倉上結(jié)構(gòu)、倉間結(jié)構(gòu)、倉邊結(jié)構(gòu)組成。基礎(chǔ)為人工挖孔灌注墩基礎(chǔ)（武漢設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)應(yīng)用名稱），主體為后張法無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土圓形筒倉結(jié)構(gòu)和框架結(jié)構(gòu)；礦區(qū)位于呂梁山脈東翼，屬低中山地區(qū)。區(qū)內(nèi)山高坡陡，溝谷深切，多呈V字形；緩坡及低山地區(qū)有黃土零星分布，陡坡巖石裸露，溝底多巨石砂礫。筒倉區(qū)為杜兒坪礦1#煤庫，位于溝谷邊緣地段，其北側(cè)為選矸車間和機(jī)修車間，東側(cè)為鍋爐房，南側(cè)為西山礦區(qū)煤炭鐵路專用線，西側(cè)為杜兒坪礦2#煤庫，場地地貌單元屬于低中山溝谷邊緣區(qū)，從1954年建礦以來，整個(gè)場地經(jīng)過多次平整，原始地貌變化極大；煤倉所在地總體為溝谷邊緣區(qū)，其東、西、南三面為溝谷低洼地段，場地地表因回填土及堆煤起伏較大。在這樣的場地上進(jìn)行3個(gè)超大直徑筒倉施工面臨兩個(gè)施工難題：①場地巖石土方量大，施工過程中需要爆破施工，而且爆破環(huán)境復(fù)雜，這對場地爆破的安全控制提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)；②根據(jù)建筑場地地質(zhì)勘察報(bào)告，地質(zhì)情況比較復(fù)雜，墩基深度不一，不可預(yù)料因素較多，局部需要進(jìn)行加固，否則基礎(chǔ)施工完畢容易出現(xiàn)嚴(yán)重的不均勻沉降，從而造成不可挽救的損失。

2 方案選擇

2.1 墩基井孔內(nèi)石方控制性爆破

新建原煤倉設(shè)計(jì)為人工挖孔灌注墩基礎(chǔ)，單倉設(shè)計(jì)為16個(gè)墩基礎(chǔ)，其中，筒倉筒壁周邊設(shè)計(jì)為12個(gè)人工挖孔灌注墩基礎(chǔ)，墩身直徑為1 600 mm，單墩承載力為2 600 t；內(nèi)框架為4個(gè)人工挖孔灌注墩基礎(chǔ)，墩身直徑為2 400 mm，單墩承載力為5 600 t；設(shè)計(jì)要求墩端持力層為均勻完整的中風(fēng)化石灰?guī)r；墩基孔人工開挖后，發(fā)現(xiàn)地質(zhì)情況比地質(zhì)勘探報(bào)告描述地質(zhì)情況復(fù)雜，且墩端土質(zhì)為中分化石灰?guī)r夾泥（非完整巖石），機(jī)械開挖施工難度較大而且土質(zhì)不適合做墩基端部持力層，須繼續(xù)加深至找到完整的中分化石灰?guī)r，經(jīng)項(xiàng)目部研究決定，墩基礎(chǔ)挖孔采用孔內(nèi)控制性爆破與人工開挖的辦法進(jìn)行施工：先在孔內(nèi)進(jìn)行控制性爆破后，將墩基孔內(nèi)巖石爆破松動(dòng)后，再人工配合機(jī)械進(jìn)行開挖。

2.2 復(fù)雜地基處理與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)

新建原煤倉3#倉內(nèi)框架墩基礎(chǔ)在開挖過程中，地質(zhì)情況比較復(fù)雜，開挖深度約達(dá)到40 m，在孔深中部有2 m左右較好的巖石層，其他部位均未發(fā)現(xiàn)完整的分化巖石，為了降低施工風(fēng)險(xiǎn)，減少施工安全隱患，滿足墩基深度與相鄰墩基間距的關(guān)系要求的同時(shí)，滿足基礎(chǔ)承載力的需要，與有關(guān)部門研究決定：對該部位地基進(jìn)行處理，上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)整，來滿足設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)要求；有關(guān)地基處理和結(jié)構(gòu)調(diào)整措施為：①在墩基孔中上部比較完整的巖石頂部增加一次擴(kuò)底，擴(kuò)底尺寸同原設(shè)計(jì)；②利用后注漿技術(shù)，對該墩基端部和墩身表面土質(zhì)進(jìn)行固化處理，從而達(dá)到地基補(bǔ)強(qiáng)加固效果；③墩基頂部與上層結(jié)構(gòu)之間增設(shè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)斜撐，將該墩基的荷載進(jìn)行分載，減少上部結(jié)構(gòu)給墩基傳遞的荷載。

3 墩基井孔內(nèi)石方控制性爆破

根據(jù)該工程地質(zhì)勘查報(bào)告和現(xiàn)場實(shí)際開挖情況，墩基井孔穿過的巖石主要為石灰?guī)r，一般堅(jiān)固性系數(shù)為f=6～8，部分堅(jiān)固性系數(shù)達(dá)到f=8～10；爆破區(qū)域北側(cè)為邊坡，山體邊坡很不穩(wěn)定，邊坡上面是人行馬路；西側(cè)距原有運(yùn)煤皮帶走廊10 m；東側(cè)25 m處為施工單位辦公平房；南側(cè)距臨時(shí)工房約70 m。爆區(qū)四周環(huán)境較為復(fù)雜。結(jié)合爆破振動(dòng)的理論計(jì)算和綜合考慮對爆破地震、飛石、明火等不安全因素的控制。

3.1 爆破設(shè)計(jì)原則和方案

根據(jù)四周環(huán)境、地質(zhì)條件和爆破安全，選擇爆破危害小的爆破方案，選擇合理的爆破參數(shù)。同時(shí)考慮整體爆破效果，保證石方破碎程度，盡可能減少大塊率，便于人工清方。爆破既要將墩基孔內(nèi)的巖石充分松動(dòng)破碎，又要嚴(yán)格控制爆破飛石和爆破地震，確保爆破安全，本爆破設(shè)計(jì)決定采用淺孔控制爆破方案：即采用孔深1.0 m以下的淺孔控制爆破方案，爆破順序與挖孔順序相結(jié)合，采取隔根爆破的順序進(jìn)行施工。

3.2 爆破參數(shù)的確定

3.2.1 單位炸藥消耗量q

根據(jù)現(xiàn)場地質(zhì)條件和巖石的實(shí)際情況，結(jié)合以往爆破經(jīng)驗(yàn)和工程類比的方法，確定單位炸藥消耗量q＝1.8-2.5 kg/m3。為了測試單位耗藥量的準(zhǔn)確性，在正式爆破之前應(yīng)進(jìn)行試爆，以確定最終單位耗藥量。

3.2.2 淺孔爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

孔徑ф和孔深L：炮孔直徑為ф=40 mm。根據(jù)最小爆破震動(dòng)和開挖效果要求，炮孔深度為L=0.8～1.0 m。見表1。

表1 淺孔爆破參數(shù)表

3.3 炸藥與起爆

本次淺孔爆破采用乳化炸藥。起爆器的能量要求流經(jīng)每個(gè)電雷管的電流不小于2.5 A。

3.4 爆破安全要求

為了減少爆破地震對相鄰墩基地基和周邊建筑物基礎(chǔ)的危害，本次爆破采用毫秒微差爆破技術(shù)加以控制，減少單段爆破的藥量，同時(shí)利用應(yīng)力波相互干涉，以減弱爆破震動(dòng)峰值和振速。爆破時(shí)將爆破點(diǎn)與被保護(hù)建筑距離控制在30 m以內(nèi)。

4 復(fù)雜地基處理與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)

4.1 多盤樁技術(shù)

根據(jù)端承摩察墩的特點(diǎn)，充分利用墩基孔深中部2 m厚左右較好的巖石層作為墩基持力層的一部分進(jìn)行測算，在該巖石層頂部增加一次擴(kuò)底（擴(kuò)底尺寸同端部尺寸），墩身分兩次澆注成型，混凝土接槎部位按照施工縫要求進(jìn)行處理，保證墩身混凝土完整，以提高墩基的承載能力。

4.2 墩端及墩身后注漿技術(shù)

墩端及墩身后注漿技術(shù)是在人工挖孔灌注墩成墩、墩身混凝土達(dá)到預(yù)定強(qiáng)度后，采用高壓注漿泵通過預(yù)埋注漿管注入水泥漿液或水泥與其他材料的混合漿液，漿液滲透到疏松的墩端虛尖和巖石的縫隙中，結(jié)合形成強(qiáng)度較高的混凝土。隨著注漿量的增加，水泥漿液不斷向由于受泥漿浸泡而松軟的墩端持力層中滲透，在墩端形成“梨形體”，增加了墩端的承壓面積。當(dāng)“梨形體”不斷增大時(shí),滲透能力受到周圍致密土層的限制，使壓力不斷升高，對墩端土層進(jìn)行擠壓、密實(shí)、充填、固集，將使墩底沉渣、墩端受到擾動(dòng)的持力層得到有效的加固或壓密，使墩土間界面的幾何和力學(xué)條件得以改善，提高了墩端土體的承載力，從而大幅度提高了單墩承載力。

新建原煤倉3#倉內(nèi)框架墩基礎(chǔ)DJ3-11，墩基成孔后約30 m深均為巖石層，但巖石不完整，為巖石夾泥層，夾層厚度5~50 mm不等，為了提高巖石夾泥層的承載力，在墩基澆注混凝土前，在鋼筋籠外表面預(yù)埋6×33.5×3.25 mm的鍍鋅鋼管，提前將鋼管端部壓扁，在端部3 m范圍內(nèi)梅花形鉆孔，孔徑為3~8 mm間距為150~200 mm，鉆孔部位及端部用內(nèi)車胎捆綁后進(jìn)行混凝土澆注；為了防止混凝土漿液堵塞鋼管，在墩基端部干鋪300 mm厚的碎石層，便于后注漿施工。

注漿壓力控制在3 MPa左右，注漿壓力可以根據(jù)注漿量和注漿情況適當(dāng)調(diào)整。

4.3 墩基頂部結(jié)構(gòu)調(diào)整

新建原煤倉3#倉內(nèi)框架墩基礎(chǔ)DJ3-11墩基承臺(tái)頂部縱橫方向與上層結(jié)構(gòu)之間增設(shè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)斜撐，斜撐的截面尺寸為500×500 mm；將該墩基的荷載進(jìn)行分載，減少上部結(jié)構(gòu)給墩基傳遞的荷載。

4.4 施工及驗(yàn)收

本工程墩基井孔石方爆破共60根墩基，其中新建原煤倉48根；墩基表面后注漿5根，其中新建原煤倉1根；施工歷時(shí)5個(gè)月，墩基礎(chǔ)施工完畢，采用小應(yīng)變試驗(yàn)及混凝土28天抗壓強(qiáng)度報(bào)告顯示滿足設(shè)計(jì)要求。

4.5 沉降觀測

基礎(chǔ)施工完畢，根據(jù)《工程測量規(guī)范》GB50026—2007及中煤國際工程集團(tuán)武漢設(shè)計(jì)研究院設(shè)計(jì)圖紙要求，對新建原煤倉倉體進(jìn)行裝煤沉降觀測試驗(yàn)。每個(gè)倉沿倉體外表面均勻設(shè)置4個(gè)沉降觀測點(diǎn)，分別在開始滑模、主體工程施工完畢、1/3裝煤、2/3裝煤、倉體裝滿煤進(jìn)行沉降觀測，從觀測數(shù)據(jù)分析，倉體有整體沉降現(xiàn)象，沉降不明顯，滿足規(guī)范要求。

[1]鄭力銘.后澆帶堵漏補(bǔ)強(qiáng)施工方案[J]廣東建材，2010，（06）.

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[3]許靜奮，朱志龍.地下室后澆帶堵漏補(bǔ)強(qiáng)施工技術(shù)[J]山西建筑，2008，（18）.