靜態(tài)破碎劑在抗滑樁堅(jiān)硬巖石開(kāi)挖中的應(yīng)用
作者: 來(lái)源: 發(fā)布日期：2016-02-25 18:00:09
1．概述
抗滑樁是滑坡治理施工中最常用的抗滑結(jié)構(gòu)之一，由于樁孔斷面大，一般都大于1.25m，無(wú)法用鉆孔機(jī)械進(jìn)行樁孔施工，只有采用人工開(kāi)挖?？够瑯妒┕ぶ腥绻龅綀?jiān)硬巖石，靠人工施工非常困難，有時(shí)甚至無(wú)法保證正常施工。滑坡治理工程施工中一般不允許使用炸藥進(jìn)行爆破開(kāi)挖，對(duì)于堅(jiān)硬巖石也只允許在保證不影響滑動(dòng)的前提下采用小藥量進(jìn)行控制爆破，以免爆破產(chǎn)生的強(qiáng)烈震動(dòng)及沖擊波等影響滑坡穩(wěn)定性[1－2]。
重慶氣礦某井場(chǎng)滑坡采用8根抗滑樁進(jìn)行加固，抗滑樁距井口最近只有6m，距集輸氣管道最近只有0.5m。該氣井為高含硫氣井，施工要求十分嚴(yán)格，必須確保井場(chǎng)內(nèi)的設(shè)施及集輸氣管道不受破壞，如果氣井或集輸氣管道受到破壞，導(dǎo)致氣井、集輸氣管道斷裂，高含硫天然氣一旦外泄，對(duì)國(guó)家財(cái)產(chǎn)和人民的生命安全將造成巨大損失，其后果不堪設(shè)想。
抗滑樁為方樁，在覆蓋層中樁徑為2.0m×2.0m，在基巖中樁徑為1.6m×1.6m，樁底嵌入基巖中5.0m。樁孔開(kāi)挖過(guò)程中，在坡殘積層碎石土中遇到了大塊的中等風(fēng)化的砂巖塊石，最大塊度超過(guò)2m，巖體堅(jiān)固性較好，其普氏系數(shù)F為7~8，人工開(kāi)挖非常困難；基巖中有一巨厚層石英砂巖，巖體堅(jiān)固性好，普氏系數(shù)F為12，巖體完整體好，基本未風(fēng)化，無(wú)節(jié)理、裂隙，用人工方法無(wú)法進(jìn)行正常施工。由于抗滑樁緊鄰天然氣井及集輸氣管道，不允許采用爆破方法進(jìn)行施工，為保證施工安全，在樁孔施工中采用了靜態(tài)破碎技術(shù)進(jìn)行堅(jiān)硬巖石的破碎，效果較好。
靜態(tài)破碎技術(shù)是利用靜態(tài)破碎劑水化膨脹后對(duì)孔壁產(chǎn)生徑向壓力（最大可達(dá)122MPa），當(dāng)徑向壓力在孔壁切向上引起的拉應(yīng)力大于巖石的抗拉強(qiáng)度時(shí)，巖石就被破碎，因此可以在無(wú)震動(dòng)、無(wú)沖擊波、無(wú)飛石等條件下破碎巖石，具有非常高的安全性[3－4]。
2．靜態(tài)破碎方案及參數(shù)設(shè)計(jì)
根據(jù)被破碎巖石的物理力學(xué)性質(zhì)及邊界條件的不同，在使用不同的靜態(tài)破碎劑進(jìn)行破碎時(shí)應(yīng)該通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)選用不同的施工方案及參數(shù)。
2.1靜態(tài)破碎劑選擇
由于坡殘積層碎石土中的砂巖塊石，最大塊度超過(guò)2m，巖體堅(jiān)固性較好，其普氏系數(shù)F為7~8；基巖中的巨厚層石英砂巖，巖體堅(jiān)固性好，普氏系數(shù)F為12，巖體完整體好，基本未風(fēng)化，無(wú)節(jié)理、裂隙，而且在開(kāi)挖過(guò)程中只有一個(gè)自由面，因此，必須選用能提供較大膨脹力的靜態(tài)破碎劑，經(jīng)比選后采用了四川宜賓產(chǎn)超力牌靜態(tài)破碎劑。其膨脹力最大可達(dá)到122MPa；最大膨脹力出現(xiàn)最短時(shí)間可在10分鐘內(nèi)，反應(yīng)時(shí)間可在10分鐘至10小時(shí)之間任意調(diào)節(jié)。
2.2鉆孔布置設(shè)計(jì)
對(duì)于靜態(tài)破碎，臨空面（自由面）越多，單位破石量就越大，經(jīng)濟(jì)效益也就越好[5]。由于樁孔開(kāi)挖時(shí)只有一個(gè)臨空面，因此在對(duì)樁孔中塊石及基巖破碎前應(yīng)盡可能多地創(chuàng)造臨空面。
坡殘積層碎石土中的砂巖塊石塊度大小不一，對(duì)于塊度小于樁孔的塊石，要盡量將塊石周?chē)耐翆尤縿兊?，將整個(gè)塊石暴露出來(lái)，以增加臨空面，鉆孔按十字網(wǎng)格狀布置，采用垂直孔鉆穿整個(gè)塊石，同一排鉆孔要布置在同一平面上，并盡可能地和臨空面平行，如圖1(a)所示。在裝藥時(shí)按“先四周，后中央”的順序進(jìn)行全孔長(zhǎng)灌注。
對(duì)于長(zhǎng)寬兩個(gè)方向塊度都大于樁孔的塊石，鉆孔按十字網(wǎng)格狀布置，對(duì)于深度超過(guò)2m的塊石采用分次破碎，每次破碎進(jìn)尺2m；深度方向小于2m的，采用垂直孔鉆穿整個(gè)塊石，同一排鉆孔要布置在同一平面上，如圖1(b)所示。在裝藥時(shí)按“先四周，后中央”的順序進(jìn)行全孔長(zhǎng)灌注。
對(duì)于基巖的破碎，先在中間鉆兩排密集垂直孔，裝藥破碎后將碎石掏出，形成槽形空間，增加臨空面，以方便兩側(cè)巖體的破碎；然后再鉆周邊孔及輔助破碎孔，周邊孔采用斜孔，孔口距開(kāi)挖輪廓線(xiàn)5cm，孔底落在開(kāi)挖輪廓線(xiàn)上；輔助破碎孔采用垂直孔；同一排鉆孔要布置在同一平面上，如圖2所示。裝藥時(shí)全孔長(zhǎng)灌注，先裝輔助破碎孔，再裝周邊孔。
2.3鉆孔參數(shù)設(shè)計(jì)
2.3.1 孔距與排距
孔距與排距的大小與巖石硬度有直接關(guān)系，硬度越大，孔距與排距越小，反之則大；孔距與排距的大小與巖石硬碎效果及施工成本有直接關(guān)系，孔距與排距越大，破碎效果越差，成本越低，孔距與排距越小，破碎效果越好，但是成本越高，因此要通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)確定適宜的破碎參數(shù)。孔距與排距布置的經(jīng)驗(yàn)值見(jiàn)表1。
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，確定的靜態(tài)破碎參數(shù)如下：
砂巖巖塊（普氏系數(shù)F為7~8）塊度小于樁孔孔徑的，孔距采用40cm；排距采用50cm，參見(jiàn)圖1(a)。砂巖巖塊塊度大于樁孔孔徑的，外圈孔與次圈孔排距35cm；內(nèi)圈孔與次圈孔排距40cm；外圈孔四個(gè)角孔與相鄰孔的孔距為35cm，其余外圈孔的孔距為40cm；次圈孔及內(nèi)圈孔的孔距40cm，參見(jiàn)圖1(b)。石英砂巖（普氏系數(shù)F為12）的掏槽孔孔距與排距均為20cm；掏槽孔與輔助破碎孔排距為40cm；輔助破碎孔與周邊孔的排距為30cm；輔助破碎孔與周邊孔中間兩個(gè)孔的孔距為40cm，其余孔距為30cm，參見(jiàn)圖2。
表1 鉆孔孔距與排距經(jīng)驗(yàn)值
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巖石硬度
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F=4
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F=6
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F=8
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F=12
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孔距（cm）
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50--100
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40
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30
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20
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排距（cm）
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80
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50
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40
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30
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2.3.2 鉆孔孔徑
鉆孔直徑與破碎效果有直接關(guān)系，鉆孔過(guò)小，不利于藥劑充分發(fā)揮效力；鉆孔太大，易沖孔。根據(jù)我國(guó)目前靜態(tài)破碎成熟的經(jīng)驗(yàn)，鉆孔孔徑選為42mm。
2.3.3 鉆孔深度和裝藥深度
砂巖巖塊塊度小于樁孔孔徑的，鉆孔鉆穿整個(gè)塊石。砂巖巖塊塊度大于樁孔孔徑的，對(duì)于深度超過(guò)2m的塊石采用分次破碎，每次破碎進(jìn)尺2m；深度方向小于2m的，采用垂直孔鉆穿整個(gè)塊石。石英砂巖中鉆孔深度85cm，每次破碎進(jìn)尺80cm。
將靜態(tài)破碎劑直接裝至孔口，全孔長(zhǎng)裝藥。
2.3.4 配漿、裝藥
將鉆孔內(nèi)余水和余渣用高壓風(fēng)吹洗干凈，孔口旁清理干凈至無(wú)土石渣后將藥劑加30%左右的水（重量比）拌成流質(zhì)狀（充分?jǐn)嚢韬舐杂杏嗨?，迅速倒入孔?nèi)并用略小于鉆孔的捅桿搗實(shí)捅緊。
巖石開(kāi)裂后，立即向裂縫中加水，以支持藥劑持續(xù)反應(yīng)。
藥劑反應(yīng)時(shí)間控制在15~30分鐘為宜，以利于加快施工進(jìn)度。
3．該滑坡治理工程抗滑樁施工中采用以上參數(shù)，用靜態(tài)破碎劑對(duì)堅(jiān)硬巖石進(jìn)行破碎，施工中無(wú)震動(dòng)，無(wú)沖擊波，無(wú)飛石，保證了施工安全和工期，取得了較好的效果。靜態(tài)破碎施工成本相對(duì)稍高，而且靜態(tài)破碎劑產(chǎn)生的能量不如炸藥爆破所產(chǎn)生的能量大，但是在某些特殊情況下采用靜態(tài)破碎技術(shù)是十分經(jīng)濟(jì)可行的，既可以保證周?chē)O(shè)施的安全，又能保證正常施工。在施工中應(yīng)根據(jù)工程地質(zhì)條件及巖體邊界條件的不同，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，調(diào)整選用適宜的施工參數(shù)。
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