水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程中靜態(tài)爆破技術(shù)的應(yīng)用探討

楊麗娜

(烏魯木齊鑫盛開(kāi)源工程項(xiàng)目管理有限公司，新疆 伊犁 835000)

1 問(wèn)題的提出

由于設(shè)計(jì)施工條件等的限制，水庫(kù)大壩施工機(jī)械設(shè)備缺乏，基本依靠人工填筑夯實(shí)，密實(shí)度與回填質(zhì)量無(wú)法保證，竣工運(yùn)行后壩體必將出現(xiàn)滲漏和沉陷等質(zhì)量缺陷，泄洪洞、閘室機(jī)電設(shè)備也會(huì)出現(xiàn)不同程度老化，必須加固處理。在水庫(kù)除險(xiǎn)加固施工過(guò)程中，經(jīng)常面臨拆除部分水工混凝土建筑物或拆除新建水工建筑物附近舊建筑結(jié)構(gòu)等情況?？紤]到拆除過(guò)程中所保留建筑物結(jié)構(gòu)的安全性，通常采用風(fēng)鎬、鉆孔脹楔、液壓破碎錘等機(jī)械及人工拆除技術(shù)，雖然能達(dá)到保護(hù)既有建筑的要求，但是施工時(shí)間長(zhǎng)、工效低、施工成本高，一些拆除機(jī)械的使用會(huì)受到拆除現(xiàn)場(chǎng)地形和既有建筑的制約。所以，對(duì)于工期緊、地形復(fù)雜的水利工程既有建筑拆除過(guò)程中傳統(tǒng)施工技術(shù)的應(yīng)用受到很大限制，為此，可以考慮采用靜態(tài)爆破技術(shù)進(jìn)行病害導(dǎo)流墻混凝土結(jié)構(gòu)等的拆除，既能充分保證周?chē)ㄖY(jié)構(gòu)的安全，又能加快施工進(jìn)度，控制拆除施工成本。

在靜態(tài)爆破施工過(guò)程中，靜態(tài)破碎劑類(lèi)型的選擇和用量的確定是靜態(tài)爆破拆除效果控制的重點(diǎn)，與常規(guī)炸藥不同的是，靜態(tài)破碎劑主要應(yīng)用種子原理實(shí)現(xiàn)對(duì)硬度較大巖石和混凝土構(gòu)筑物的破碎。氧化鈣是靜態(tài)破碎劑中較為重要的成分，其主要發(fā)揮化合物催化劑的作用，即通過(guò)氧化鈣和相應(yīng)化合物的充分混合，并按設(shè)計(jì)比加入水后便會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致靜態(tài)破碎劑溫度快速升高、體積快速發(fā)生膨脹，膨脹后的壓力傳遞至孔壁后還會(huì)持續(xù)且迅速增大，從而在相對(duì)安靜的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)對(duì)巖體和混凝土等硬質(zhì)物質(zhì)的破碎。

2 水庫(kù)除險(xiǎn)加固靜態(tài)爆破方案設(shè)計(jì)

水庫(kù)拱壩壩體所出現(xiàn)的橫向及水平裂縫加固處理施工過(guò)程中，必須確保拱壩穩(wěn)定，盡可能避免基礎(chǔ)開(kāi)挖爆破對(duì)拱壩可能造成的不利影響。考慮到靜態(tài)爆破技術(shù)具有振動(dòng)小、煙塵少、飛石少、施工擾動(dòng)小等優(yōu)勢(shì)，決定對(duì)水庫(kù)拱壩壩基進(jìn)行靜態(tài)爆破開(kāi)挖，基巖在靜態(tài)爆破劑的作用下發(fā)生漲裂，再由施工人員通過(guò)沖擊錘或風(fēng)鎬進(jìn)行敲擊與破除，達(dá)到壩基基層開(kāi)挖的目的[1]。

2.1 爆破鉆孔參數(shù)確定

為保證爆破效果，必須根據(jù)水庫(kù)拱壩壩基地質(zhì)條件、開(kāi)挖具體要求等進(jìn)行孔徑、孔距、排距、爆破劑填裝量等參數(shù)設(shè)計(jì)，地層巖性與爆破鉆孔參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系詳見(jiàn)表1[2]。

表1 爆破鉆孔參數(shù)

水庫(kù)拱壩壩基巖層主要是砂礫石板巖、泥質(zhì)板巖等中硬質(zhì)基巖，所以壩基靜態(tài)爆破主要參數(shù)設(shè)計(jì)如下：

1)孔徑：靜態(tài)爆破孔孔徑對(duì)破碎效果影響較大，若孔徑過(guò)小，則爆破劑力無(wú)法充分發(fā)揮，若孔徑過(guò)大，則很容易發(fā)生沖孔，結(jié)合水庫(kù)拱壩壩基巖層等級(jí)及開(kāi)挖要求，確定孔徑為50mm。

2)孔距與排距(抵抗線(xiàn)距離)：爆破孔的間距應(yīng)根據(jù)巖層硬度確定，且與巖層硬度反方向變動(dòng)，硬度越大則爆破孔間距越小，由于水庫(kù)壩基巖層主要為砂礫石板巖、泥質(zhì)板巖等中硬質(zhì)基巖，故確定孔距為200mm。靜態(tài)爆破孔排距(抵抗線(xiàn)距離)主要根據(jù)自由面距離、基巖硬度、混凝土強(qiáng)度和布筋等情況確定，自由面抗線(xiàn)少，基巖硬度越大，混凝土強(qiáng)度越高，布筋越密則排距寬，根據(jù)水庫(kù)壩基自由面情況，確定孔排距為150mm。

3)起爆順序與布孔：布孔前必須確定自由面，并保證鉆孔方向平行于自由面，壩基巖石切割時(shí)同一排鉆孔必須位于同一平面。爆破開(kāi)挖遵循先外圍后中間、先上后下、先角后邊的次序，確保爆破效果，防止無(wú)序爆破對(duì)其他結(jié)構(gòu)的破壞[2]。靜態(tài)爆孔的布設(shè)應(yīng)該綜合考慮孔位、孔距、孔形、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、起爆順序等方面，考慮到水庫(kù)拱壩壩基巖層特性以及起爆次序，為提升爆破效果，降低對(duì)自由面的影響等，水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程靜態(tài)爆破孔按梅花形布設(shè)，詳見(jiàn)圖1。

圖1 爆破孔布設(shè)示意圖

2.2 靜態(tài)爆破劑的確定

靜態(tài)爆破劑主要以硅酸鹽和氧化鈣為原料，配合以其他添加劑而制成，氧化鈣遇水變成氫氧化鈣后，其晶體結(jié)構(gòu)因改變而體積膨脹至原來(lái)的4-5倍，表面積將增加至少100倍，同時(shí)釋放出每摩爾6.8×104J熱量，將靜態(tài)爆破劑注入炮孔后所發(fā)生的這種膨脹反應(yīng)因受到孔壁約束，其壓力甚至?xí)仙?5MPa，介質(zhì)受壓迫后所產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力和拉應(yīng)力引發(fā)基巖破碎[3]。

當(dāng)前存在三種類(lèi)型的靜態(tài)爆破劑，其在環(huán)境溫度、爆破壓力、爆破力度和爆破效果等方面存在較大差異，具體見(jiàn)表2。水庫(kù)所在托喀依鄉(xiāng)年平均氣溫10.7℃，靜態(tài)爆破過(guò)程中下午填裝爆破劑夜間等待反映，施工期內(nèi)夜間氣溫在10℃-14.6℃，考慮到環(huán)境施工溫度及壩基爆破所要求的爆破壓力，選用HSCA-Ⅱ類(lèi)靜態(tài)爆破劑。

表2 靜態(tài)爆破劑類(lèi)型及適用范圍

3 水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程靜態(tài)爆破施工

3.1 鉆孔

根據(jù)靜態(tài)爆破方案設(shè)計(jì)以及被破碎基巖的硬度、強(qiáng)度，鋼筋排列密集度等，水庫(kù)大壩壩基開(kāi)挖爆破鉆孔施工應(yīng)使用直徑45-55mm的鉆頭，采用移動(dòng)空壓機(jī)配合YT-28式手持風(fēng)鉆鉆孔，鉆孔施工前，應(yīng)用高壓風(fēng)機(jī)將孔洞內(nèi)余水和余渣吹干凈，確?？變?nèi)內(nèi)外的干凈。大壩壩基混凝土和基巖鉆孔深度應(yīng)控制在目標(biāo)破碎體的85%以上。

3.2 爆破劑的拌制與填裝

將單位孔洞內(nèi)的爆破劑用量倒入盆中，按10∶0.25(爆破劑:水)的比例加水并用手提式拌和機(jī)人工攪拌為濕而松散的流動(dòng)性漿液后注入孔洞，并搗實(shí)，爆破劑裝填深度必須達(dá)到孔深。為確保爆破劑裝填質(zhì)量，防止沖孔，從爆破劑與水混合至灌注結(jié)束不能超過(guò)10min。而對(duì)于水平方向的孔洞，應(yīng)將爆破劑裝入高強(qiáng)度長(zhǎng)纖維紙袋內(nèi)，并將爆破劑卷浸泡在盆內(nèi)清水中50s使其充分浸潤(rùn)，無(wú)氣泡產(chǎn)生后取出并從孔底依次密實(shí)裝填。爆破劑反映的時(shí)間直接受到環(huán)境溫度的影響，溫度越高則所需的反應(yīng)時(shí)間越長(zhǎng)，水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程大壩壩基爆破開(kāi)挖施工過(guò)程中，如遇環(huán)境溫度升高，應(yīng)在破碎前遮擋破碎物，并將爆破劑存放于低溫環(huán)境下，控制拌合水溫度在15℃及以下。

3.3 爆破劑反應(yīng)

將靜態(tài)爆破劑注入炮孔后所產(chǎn)生的膨脹反應(yīng)引起基巖裂縫后，為支持爆破劑持續(xù)反應(yīng)，應(yīng)迅速向裂縫中加水，使裂縫持續(xù)增大。為縮短爆破劑反應(yīng)時(shí)間，應(yīng)在炮孔內(nèi)加入保溫劑，同時(shí)將拌合水溫度控制在30℃-40℃，反應(yīng)時(shí)間控制在30-50min。為確保靜態(tài)爆破質(zhì)量，嚴(yán)禁邊打孔邊填裝爆破劑，打孔和爆破劑填裝必須分開(kāi)且一次性完成，打孔結(jié)束，清洗完成，待孔壁溫度降至適宜溫度后進(jìn)行爆破劑填裝。

靜態(tài)爆破完成后，所破碎和開(kāi)挖出的石塊用炮錘式挖掘機(jī)破碎后，通過(guò)自卸汽車(chē)裝運(yùn)至指定的棄石場(chǎng)。

4 結(jié) 論

水庫(kù)拱壩壩基靜態(tài)爆破開(kāi)挖技術(shù)的應(yīng)用充分保證了水庫(kù)除險(xiǎn)加固前期邊坡開(kāi)挖和水庫(kù)壩基安全，確保了水庫(kù)大壩除險(xiǎn)加固各項(xiàng)施工的順利進(jìn)行，山體及壩基已建水工建筑物穩(wěn)定性得到充分保證。與其他爆破施工技術(shù)相比，靜態(tài)爆破施工技術(shù)省時(shí)省力，爆破效率高，斷面平整無(wú)裂隙，充分杜絕了炸藥明爆施工對(duì)其余構(gòu)筑物帶來(lái)的施工擾動(dòng)與安全隱患，但是靜態(tài)爆破劑威力不如炸藥爆破，所需炮孔多，鉆孔工程量大，破碎效果受環(huán)境溫度影響較大，開(kāi)裂時(shí)間難控制。水庫(kù)拱壩壩基靜態(tài)爆破開(kāi)挖實(shí)踐證明，靜態(tài)爆破施工應(yīng)用于水庫(kù)除險(xiǎn)加固工程建筑物開(kāi)挖及拆除過(guò)程中，必須嚴(yán)格控制環(huán)境溫度、爆破劑裝填量及爆破開(kāi)挖順序，才能使其技術(shù)優(yōu)勢(shì)得以有效發(fā)揮。