靜態(tài)破碎劑在抗滑樁堅硬巖石開挖中的應用
作者: 來源: 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構之一，由于樁孔斷面大，一般都大于1.25m，無法用鉆孔機械進行樁孔施工，只有采用人工開挖?？够瑯妒┕ぶ腥绻龅綀杂矌r石，靠人工施工非常困難，有時甚至無法保證正常施工?；轮卫砉こ淌┕ぶ幸话悴辉试S使用炸藥進行爆破開挖，對于堅硬巖石也只允許在保證不影響滑動的前提下采用小藥量進行控制爆破，以免爆破產生的強烈震動及沖擊波等影響滑坡穩(wěn)定性[1－2]。
重慶氣礦某井場滑坡采用8根抗滑樁進行加固，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，施工要求十分嚴格，必須確保井場內的設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，導致氣井、集輸氣管道斷裂，高含硫天然氣一旦外泄，對國家財產和人民的生命安全將造成巨大損失，其后果不堪設想。
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。樁孔開挖過程中，在坡殘積層碎石土中遇到了大塊的中等風化的砂巖塊石，最大塊度超過2m，巖體堅固性較好，其普氏系數(shù)F為7~8，人工開挖非常困難；基巖中有一巨厚層石英砂巖，巖體堅固性好，普氏系數(shù)F為12，巖體完整體好，基本未風化，無節(jié)理、裂隙，用人工方法無法進行正常施工。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)破碎技術進行堅硬巖石的破碎，效果較好。
靜態(tài)破碎技術是利用靜態(tài)破碎劑水化膨脹后對孔壁產生徑向壓力（最大可達122MPa），當徑向壓力在孔壁切向上引起的拉應力大于巖石的抗拉強度時，巖石就被破碎，因此可以在無震動、無沖擊波、無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)設計
根據(jù)被破碎巖石的物理力學性質及邊界條件的不同，在使用不同的靜態(tài)破碎劑進行破碎時應該通過現(xiàn)場試驗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2m，巖體堅固性較好，其普氏系數(shù)F為7~8；基巖中的巨厚層石英砂巖，巖體堅固性好，普氏系數(shù)F為12，巖體完整體好，基本未風化，無節(jié)理、裂隙，而且在開挖過程中只有一個自由面，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超力牌靜態(tài)破碎劑。其膨脹力最大可達到122MPa；最大膨脹力出現(xiàn)最短時間可在10分鐘內，反應時間可在10分鐘至10小時之間任意調節(jié)。
2.2鉆孔布置設計
對于靜態(tài)破碎，臨空面（自由面）越多，單位破石量就越大，經(jīng)濟效益也就越好[5]。由于樁孔開挖時只有一個臨空面，因此在對樁孔中塊石及基巖破碎前應盡可能多地創(chuàng)造臨空面。
坡殘積層碎石土中的砂巖塊石塊度大小不一，對于塊度小于樁孔的塊石，要盡量將塊石周圍的土層全部剝掉，將整個塊石暴露出來，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。在裝藥時按“先四周，后中央”的順序進行全孔長灌注。
對于長寬兩個方向塊度都大于樁孔的塊石，鉆孔按十字網(wǎng)格狀布置，對于深度超過2m的塊石采用分次破碎，每次破碎進尺2m；深度方向小于2m的，采用垂直孔鉆穿整個塊石，同一排鉆孔要布置在同一平面上，如圖1(b)所示。在裝藥時按“先四周，后中央”的順序進行全孔長灌注。
對于基巖的破碎，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，孔口距開挖輪廓線5cm，孔底落在開挖輪廓線上；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。裝藥時全孔長灌注，先裝輔助破碎孔，再裝周邊孔。
2.3鉆孔參數(shù)設計
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，因此要通過現(xiàn)場試驗確定適宜的破碎參數(shù)?？拙嗯c排距布置的經(jīng)驗值見表1。
通過現(xiàn)場試驗，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；內圈孔與次圈孔排距40cm；外圈孔四個角孔與相鄰孔的孔距為35cm，其余外圈孔的孔距為40cm；次圈孔及內圈孔的孔距40cm，參見圖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孔的孔距為40cm，其余孔距為30cm，參見圖2。
表1 鉆孔孔距與排距經(jīng)驗值
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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系，鉆孔過小，不利于藥劑充分發(fā)揮效力；鉆孔太大，易沖孔。根據(jù)我國目前靜態(tài)破碎成熟的經(jīng)驗，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，鉆孔鉆穿整個塊石。砂巖巖塊塊度大于樁孔孔徑的，對于深度超過2m的塊石采用分次破碎，每次破碎進尺2m；深度方向小于2m的，采用垂直孔鉆穿整個塊石。石英砂巖中鉆孔深度85cm，每次破碎進尺80cm。
將靜態(tài)破碎劑直接裝至孔口，全孔長裝藥。
2.3.4 配漿、裝藥
將鉆孔內余水和余渣用高壓風吹洗干凈，孔口旁清理干凈至無土石渣后將藥劑加30%左右的水（重量比）拌成流質狀（充分攪拌后略有余水），迅速倒入孔內并用略小于鉆孔的捅桿搗實捅緊。
巖石開裂后，立即向裂縫中加水，以支持藥劑持續(xù)反應。
藥劑反應時間控制在15~30分鐘為宜，以利于加快施工進度。
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)破碎劑對堅硬巖石進行破碎，施工中無震動，無沖擊波，無飛石，保證了施工安全和工期，取得了較好的效果。靜態(tài)破碎施工成本相對稍高，而且靜態(tài)破碎劑產生的能量不如炸藥爆破所產生的能量大，但是在某些特殊情況下采用靜態(tài)破碎技術是十分經(jīng)濟可行的，既可以保證周圍設施的安全，又能保證正常施工。在施工中應根據(jù)工程地質條件及巖體邊界條件的不同，通過現(xiàn)場試驗，調整選用適宜的施工參數(shù)。
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