大型土石方工程施工技術(shù)研究總結(jié)

年5月29日大型土石方工程施工技術(shù)研究總結(jié)文檔僅供參考內(nèi)部資料注意保管大型土石方工程施工技術(shù)研究中石化中原建設(shè)工程有限公司二○一五年十月九日大型土石方工程施工技術(shù)研究編寫人:宋成磊主要參加人:王東月1、張自強2、施少強3、徐樹青4劉少帥5、趙立平6、王秀敏7、韓陽陽8、王延升9審核:孫孝峰審定:米長利目錄TOC\o"1-5"\h\u5050一、項目概況 2266481.1項目背景 232331.2研究內(nèi)容 296111.3總體目標: 3176501.4研究成果 3284771.5技術(shù)路線 316904二、現(xiàn)狀研究概況 3212652.1深孔臺階爆破概況 3185362.2高填方地基強夯概況 624825三、主要研究內(nèi)容及取得的成果 760723.1深孔臺階爆破研究 7238083.2高填方地基強夯施工研究 237420四、現(xiàn)場應(yīng)用效果分析 35124624.1爆破研究現(xiàn)場應(yīng)用 3547614.2強夯的研究應(yīng)用 353591五、項目的經(jīng)濟、社會效益 3539995.1直接節(jié)約費用 35268485.2間接減少人工費及機械使用費 3525.3經(jīng)濟效益總計 35111045.4后期影響受益 36一、項目概況1.1項目背景中石化中原建設(shè)工程有限公司于,中標貴州織金60萬噸/年聚烯烴項目場平試驗性工程,合同額4600萬人民幣。本工程主要內(nèi)容為土石方爆破、強夯施工,設(shè)置本試驗性工程的目的是為后期大場平施工取得爆破、強夯等一系列施工參數(shù),以達到安全、經(jīng)濟、工期合理。經(jīng)過此項技術(shù)研究,目的是掌握大致積巖石爆破以及強夯施工中的技術(shù)參數(shù),培養(yǎng)一批在大型土石方工程施工中有一定技術(shù)能力和經(jīng)驗的人才,提升我單位在大型土石方工程特別是巖石爆破施工方面的競爭力,增強闖市場的能力。我公司參與的中石化貴州織金60萬噸/年聚烯烴項目整個場平土石方量在5000萬立方米,可謂超大型土石方工程,當前的場平試驗性工程就是為了后期大場平收集各類參數(shù)、總結(jié)施工經(jīng)驗。我單位在參與的過程形成了具有很高實用價值整套技術(shù),培養(yǎng)了懂爆破、強夯、土石方調(diào)配的施工人才,并率先保質(zhì)保量的完成工程項目,為貴州織金聚烯烴項目樹立了標桿,在業(yè)主方樹立了良好企業(yè)形象,為后期施工打下了堅實的基礎(chǔ)。對提高本單位的市場競爭能力,提高經(jīng)濟效益有著重要的意義。1.2研究內(nèi)容(1)深孔臺階爆破爆破參數(shù)的正確選用及爆破網(wǎng)絡(luò)設(shè)計,對爆破設(shè)計進行優(yōu)化,提高爆破有效能量的利用率,提高經(jīng)濟效益。(2)大型土石方工程深孔臺階爆破施工爆破器材的比選。(3)爆破的安全控制:合理安全距離驗證和盲炮及其處理,降低爆破的有害效應(yīng)。(4)填方區(qū)分四層進行回填,層厚自下而上為6m、8m、9m、6m,第1、2、4層均設(shè)置兩種強夯能級對比,第3層設(shè)置三種強夯能級對比,為后期大面積場平強夯施工選擇合理的強夯能級提供數(shù)據(jù)支持。(5)經(jīng)過強夯試驗掌握此類填料壓實系數(shù)及松散系數(shù)。1.3總體目標:經(jīng)過研究總結(jié)出一整套成熟的大型土石方工程爆破、強夯施工技術(shù),為后期工程儲備技術(shù)、人才。1.4研究成果(1)形成了一套成熟的大型土石方工程施工技術(shù)(涵蓋爆破、土石方回填、強夯地基等);(2)試驗總結(jié)出適合當?shù)氐刭|(zhì)條件的合理的爆破網(wǎng)絡(luò)參數(shù);(3)探索出一套完整的安全保障措施,并形成制度;(4)總結(jié)了高填方地基填料的虛鋪系數(shù)。1.5技術(shù)路線1.深孔臺階爆破設(shè)計,在實際施工中根據(jù)巖石性質(zhì)以及試爆效果分析,逐步進行優(yōu)化并確定最合理的網(wǎng)絡(luò)參數(shù),以達到研究的目的;2.強夯施工中不同強夯能級之間設(shè)置對比,在相同回填厚度上確定一種最經(jīng)濟合理的強夯能級。二、現(xiàn)狀研究概況2.1深孔臺階爆破概況2.1.1深孔臺階爆破的幾種形式深孔臺階爆破一般采用毫秒微差爆破法,按其起爆順序和方式的不同又分為許多種。如同排齊發(fā)爆破、按排起爆的排間毫秒爆破、同排與不同排按一定順序起爆的毫秒微差有序爆破、小抵抗線寬孔距微差爆破、微差壓渣爆破等。

(1)同排齊發(fā)爆破。同排炮孔之間用導(dǎo)爆索連接,排間導(dǎo)爆索用不同段毫秒雷管引爆,稱為排間齊發(fā)爆破法。這種爆破方法操作簡便,不易發(fā)生錯誤。但導(dǎo)爆索自上而下引爆炸藥,使堵塞段預(yù)先形成爆炸氣體泄出通道,減少氣體在炮孔內(nèi)作用的時間,從而不利于巖石破壞。20世紀80年代該法在水利水電行業(yè)應(yīng)用較多,以后逐漸減少。

(2)同排毫秒微差爆破。同排炮孔裝入同一段毫秒延期雷管,不同排使用不同段雷管的起爆方法稱為同排毫秒微差爆破。因為同段毫秒延期雷管間存在誤差,因而它們不能像齊發(fā)爆破那樣相鄰炮孔起爆時差小于1ms,而是大于1ms,乃至數(shù)十毫秒。同排雷管先響與后響,無法預(yù)測。這種利用雷管自身誤差達到微差目的的爆破,對巖石破碎有利,它一般在孔數(shù)、排數(shù)不是特別多的情況下使用。

(3)微差有序爆破。同排或多排炮孔按設(shè)計規(guī)定的順序起爆的方法,稱為微差有序爆破法。當前世界上大多采用塑料導(dǎo)爆管雷管起爆系統(tǒng)完成微差有序爆破。當每個炮孔內(nèi)再分段,則構(gòu)成孔間、孔內(nèi)微差有序爆破。由于每一孔均處于三個自由面條件下爆破,使被爆巖石得以充分破碎。它是當前世界上比較先進的起爆方法,在三峽等水利水電工程中得到廣泛運用。在炮孔較多和主要建筑物附近爆破時更加顯示其優(yōu)越性。

(4)小抵抗線寬孔距微差爆破。這是瑞典人U．Langefors(蘭格福斯)等提出的爆破方法。其實質(zhì)是在一個鉆孔所能擔負面積的條件下,間排距乘積等于該面積的多種組合中,以其間距等于2—8倍抵抗線取得的效果較好。采用該法爆破取得的巖石塊度比較均勻。中國的實踐經(jīng)驗以孔距是抵抗線的2～4倍者居多。

(5)微差壓渣爆破。在臺階前沿存有未清完爆渣條件下進行的深孔臺階爆破稱為微差壓渣爆破。中國水電建設(shè)中,此法多用于壩體石料開采的爆破。該法的優(yōu)點是可加快施工進度和增加塊石破碎度,同時也存在下列不利點:

1)如果臺階前沿留有底坎,壓渣使其無法清除,會使后續(xù)爆破不能炸到要求的高程,造成臺階根底的爬高現(xiàn)象。

2)一般會產(chǎn)生臺階后部嚴重拉裂,更壞時會出現(xiàn)后翻與硬墻,給后續(xù)臺階鉆爆帶來困難。

3)爆堆高、炸藥單耗高、爆破振動大。

2.1.2深孔臺階爆破特點深孔臺階爆破在石方工程中占有重要的地位。它已在露天和地下土建工程中被廣泛應(yīng)用。在鐵路、公路、水利等土建工程及冶金開采中采用,取得了良好的技術(shù)經(jīng)濟效果。隨著鉆孔機械和裝運設(shè)備的不斷改進、爆破技術(shù)的不斷提高、爆破器材的日益發(fā)展,深孔臺階爆破在改進和控制爆破質(zhì)量、實現(xiàn)石方機械化施工、提高生產(chǎn)效率、達到快速施工方面,已明顯地為人們所認識和重視。因此深孔臺階爆破方法在石方開挖中所占的優(yōu)勢越來越明顯。露天爆破時,一般是把山體劃分成一定厚度的水平分層,自上而下逐層開采,并保持一定的超前關(guān)系,在開采過程中各工作水平在空間上構(gòu)成了階梯狀,每個階梯就是一個臺階或稱為階段。臺階是露天爆破的基本構(gòu)成要素之一,是進行獨立剝離和開采作業(yè)的單元體。深孔臺階爆破的特點:(1)、破碎質(zhì)量好,破碎塊度符合工程要求,大塊率低,無根坎,爆堆集中和具有一定松散度,能滿足鏟裝設(shè)備高效率裝載的要求;(2)、降低爆破有害效應(yīng),如震動、噪聲、沖擊波、飛石等危害,減少后沖、后裂和側(cè)裂;(3)、提高爆破技術(shù)經(jīng)濟指標,即提高鉆孔延米爆破量,降低炸藥單耗,使鉆孔、鏟運等工序發(fā)揮最大效率。2.2高填方地基強夯概況2.2.1強夯法的特點(1)適用各類土層:能夠用于加固各類砂性土、粉土、一般黏性土、黃土、人工填土,特別適宜加固一般處理方法難以加固的大塊碎石類土以及建筑、生活垃圾或工業(yè)廢料組成的雜填土,結(jié)合其它技術(shù)措施亦可用于加固軟土地基。(2)應(yīng)用范圍廣泛:可應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑、重型構(gòu)筑物、設(shè)備基礎(chǔ)、機場跑道、堤壩、公路和鐵路路基、貯倉、堆場、油罐、橋梁、港口碼頭、核電站、人工島等。(3)加固效果顯著:地基經(jīng)強夯處理后,可明顯提高地基承載力、壓縮模量、增加干密度、減少孔隙比,降低壓縮系數(shù)、增加場地均勻性,消除濕陷性、膨脹性,防止振動液化。(4)有效加固深度:單層8000KN.M高能量級強夯處理深度達12米,多層強夯處理,深度可達24~54米,一般能量強夯處理深度在6~8米。(5)施工機具簡單:強夯機具主要為履帶式起重機。當起吊能力有限時,可輔以龍門架等設(shè)施。(6)節(jié)省材料:一般的強夯處理是將原狀土施以能量,無需添加建筑材料,大大縮短施工周期。(7)節(jié)省造價:由于強夯工藝無需材料,節(jié)省了建筑材料的購置、運輸、制作、打入費用,除了消耗油料外,沒有其它消耗。(8)施工快捷:只要工藝適合,特別是對粗顆粒非飽和土的強夯,周期更短。(9)雨天影響比較嚴重。2.2.2強夯在石化建設(shè)項目中的應(yīng)用近年來石油化工工程領(lǐng)域廣泛采用強夯法進行地基處理,主要應(yīng)用于生產(chǎn)裝置和大型儲罐,如我單位近年來所施工的北海商儲基地工程、北海LNG儲罐及接收站工程、貴州織金60萬噸/年聚烯烴項目均采用強夯技術(shù)進行地基處理。強夯做為一種施工快捷簡單、成本低的地基處理方法,將會在越來越多的工程中應(yīng)用。三、主要研究內(nèi)容及取得的成果3.1深孔臺階爆破研究3.1.1深孔臺階爆破工藝流程圖炸藥、雷管裝填炸藥、雷管裝填鉆孔潛孔鉆機、空壓機就位布孔潛孔鉆機行駛道路開通初步爆破方案設(shè)計起爆網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)起爆爆破效果分析、參數(shù)調(diào)整石方挖運下一爆破循環(huán)深孔臺階爆破工藝流程圖 3.1.2施工對象地質(zhì)本場區(qū)屬于揚子準地臺黔北臺隆遵義斷拱畢節(jié)北東向構(gòu)造變形區(qū)。背斜構(gòu)成狹窄的山脈,向斜形成寬緩的槽谷,組成典型的隔擋式褶皺。背斜軸部較平緩,翼部陡峻。背斜樞紐呈起伏狀,往往形成多個高點。本場區(qū)地質(zhì)構(gòu)造位于煤洞廠背斜北西翼和板橋向斜西翼。場地內(nèi)強風化的白云巖的巖石堅硬程度屬極軟巖,巖體完整性程度屬于較完整,巖體基本質(zhì)量等級為Ⅴ類,中風化的白云巖巖石堅硬程度為軟巖,巖體完整程度屬于較完整(完整),巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ;強風化的砂巖,堅硬程度屬于較軟巖,巖體完整性程度屬于較完整,巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ類,中風化的砂巖的巖石堅硬程度屬較硬巖,巖體完整性程度屬于完整(較完整),巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ類;強風化的灰?guī)r,堅硬程度屬于較軟巖,巖體完整性程度屬于較完整,巖體基本質(zhì)量等級為Ⅳ類,中風化的灰?guī)r的巖石堅硬程度屬較硬巖,巖體完整性程度屬于完整(較完整),巖體基本質(zhì)量等級為Ⅲ類。3.1.3鉆孔設(shè)備本工程主要采用分離式潛孔鉆機和液壓式全自動潛空鉆機,每節(jié)鉆桿長度3.6米。3.1.4火工品選用在土石方工程中常見的爆破炸藥為硝銨類炸藥和硝化甘油類炸藥,而硝化甘油類炸藥安全較差,爆炸后易產(chǎn)生有毒氣體,且成本高,因此本工程不選用硝化甘油類炸藥。一般爆破用硝銨類炸藥主要有:銨油炸藥、膨化硝銨炸藥、乳化炸藥、水膠炸藥。銨油炸藥的特點:成分簡單,成本低,制造使用安全,可是感度低,起爆困難,吸潮及固結(jié)的趨勢強烈。不適宜在貴州多雨地區(qū)使用。膨化硝銨炸藥的特點:成分簡單,制造容易,性能穩(wěn)定,爆炸威力高,爆炸后有毒氣體較少,比較適用于硬巖剝離,礦山露天爆破等。由于貴州當?shù)卮祟愓ㄋ幧a(chǎn)較少,運輸需經(jīng)過人口稠密的鄉(xiāng)鎮(zhèn),基于供應(yīng)和運輸安全考慮本工程不采用此類炸藥。水膠炸藥的特點:爆炸反應(yīng)完全,能量釋放高威力大,存儲穩(wěn)定性和抗水性較好,機械感度和火焰感度低,爆炸后產(chǎn)生的有毒氣體少。但由于原材成本高,炸藥價格較貴,因此不宜選用此炸藥。乳化炸藥的特點:裝藥密度可調(diào),爆速和猛度較高,起爆感度高,抗水性較強,組分不含有毒物質(zhì),爆炸后產(chǎn)生有毒氣體少,加工工藝簡單,成本低廉,施工操作安全性較高,再就是當?shù)厣a(chǎn)廠家較多。基于貨源供應(yīng)充分,安全性好,價格便宜等因素,本工程選用乳化炸藥。經(jīng)過綜合考慮火工品材料采用導(dǎo)爆管毫秒延期雷管與瞬發(fā)電雷管、2號巖石乳化炸藥。導(dǎo)爆管2號巖石乳化炸藥3.1.5深孔爆破參數(shù)研究1)爆破參數(shù)(1)炮孔直徑露天臺階爆破的孔徑與下列因素有關(guān):臺階高度巖石性質(zhì)炸藥性能鉆孔機械類型孔徑大,有利于提高生產(chǎn)效率,提高延米爆破量,但塊度有可能增大。用潛孔鉆時為:85mm～200mm。(2)底盤抵抗線露天臺階爆破有兩種抵抗線:最小抵抗線(w):由裝藥中心至臺階坡面的最小距離。底盤抵抗線(W):第一排炮孔中心至臺階坡底線的水平距離。底盤抵抗線是影響露天臺階爆破的重要參數(shù),其值選過大,爆破質(zhì)量不佳,產(chǎn)生根底,后沖增強。其值過小,爆破能量得不到充分利用,效率降低。不但浪費炸藥,而且還增加鉆孔工作量。①按鉆機安全作業(yè)要求(見下圖)W=c+H.ctgαH臺階高、c安全值(2.5～3.0m)、α坡角(60～80度)ccwPbα梯段深孔爆破孔網(wǎng)參數(shù):H—梯段高度,a—鉆孔間距(孔距)W—前排孔底板抵抗線b—排距h—超鉆深度α—梯段坡面角l—孔深c—梯段上緣至前排孔口距離(孔邊距)②按每孔裝藥量計算Wd=d.(7.85.Δτ/m.q)1/2(m)式中:d炮孔直徑單位:dm.Δ裝藥密度kg/dm3.τ裝藥系數(shù)0.6～0.8。m密集系數(shù)m=a/w.q炸藥單耗kg/m3.a炮孔間距m.(3)炮孔間距(a)、排距(b)、密集系數(shù)(m)兩炮孔之距為a、兩排之距為b、密集系數(shù):m=a/w.孔距與排距一般稱為孔網(wǎng)參數(shù);確定孔網(wǎng)參數(shù),一般是以每個炮孔容許裝入藥量為依據(jù),再計算每個炮孔所負擔的爆破體積,最后得出炮孔間距。式中:L炮孔深度,L=H+hqL每米炮孔裝藥量,kg/m,其值為:△為炮孔裝藥密度,其值為900kg/m3～1000kg/m3。d炮孔直徑,m。炮孔密集系數(shù)m值的確定該值得確定一般取決于起爆方式:當采用斜線起爆時其值為:0.9～1.2;當采用逐排起爆時其值為:2為佳。炮孔排距的確定(b)b=(0.9～0.95)Wd(4)超深(h)目的:克服底盤夾制力,減小根底。h=(0.15～0.35)Wd難爆時,取大值;易爆時,取小值。h值一般不超過3.5m。(5)堵塞高度(l)堵塞物:鉆孔巖粉、碎石粉、尾礦粉、砂、粘土。目的:延長爆生氣體在巖石中的作用時間,提高炸藥利用率,減少碎石飛散、降低聲響,防止過早從孔口噴出。l=(12～32)d(6)裝藥量的計算單孔裝藥量Q,以炮孔爆破負擔體積巖石所需的炸藥量計算確定:Q=q.Wd.a.H按上式計算得出的炸藥量,還需要以每一炮孔可能裝入的最大藥量來驗算:Q≤qL(L-l)若Q不滿足上式,則Q大于容許炮孔裝藥量,Q不能全部裝入炮孔。原因:主要是:Wd、a、或q值偏大、或炮孔直徑偏小。要重新設(shè)計。多排孔爆破時,第一排炮孔裝藥量計算同上;從第二排起,因爆破時受到巖石夾制作用,裝藥量適當加大,其單孔裝藥量計算為:Q=kqabHK巖石夾制系數(shù),采用微差爆時:k=1.1～1.3;齊發(fā)爆破時:k=1.2～1.5.2)炮孔布置方式與起爆順序(1)布孔參數(shù)與起爆參數(shù)布孔參數(shù):相對于臺階眉線而言,計算出的孔網(wǎng)參數(shù)。即孔網(wǎng)參數(shù)(a×b)起爆參數(shù):它取決于起爆瞬間炮孔間的相對位置,與炮孔布置方式和起爆順序有關(guān)。不難看出:影響爆破質(zhì)量的是起爆參數(shù)而不是布孔參數(shù)。因此,實際操作過程中:經(jīng)常出現(xiàn),布孔參數(shù)合理而起爆參數(shù)不合理(梅花形布孔,斜線起爆);或布孔參數(shù)一般,起爆參數(shù)合理(矩形布孔,斜線起爆)(2)炮孔布置方式和起爆順序炮孔布置方式有兩種:矩形布孔三角形(梅花形)布孔起爆順序由于微差爆破技術(shù)的應(yīng)用而變得多種多樣。微差爆破的優(yōu)點:多自由面、應(yīng)力場疊加、巖塊擠壓、二次破碎、降震、改進爆破效果。起爆順序有:逐排起爆:震動較大、前、后沖大。斜線起爆:后沖小、振動小、爆堆集中;操作復(fù)雜。V型起爆:爆堆集中、振動小,復(fù)雜。波浪起爆:相互擠壓、加強碰撞、振動動小、爆破效果好,操作復(fù)雜。橫向掏槽起爆:用于掘溝。微差的兩種形式:孔內(nèi)微差孔內(nèi)、孔外微差3)裝藥結(jié)構(gòu)露天爆破,為了克服根底,經(jīng)常要打超深孔,但這樣又導(dǎo)致炸藥沿炮孔分布不均,裝藥重心下降,易使臺階上部產(chǎn)生大塊。為了克服上述缺點,使炸藥沿炮孔方向分布均勻,就有必要改變裝藥結(jié)構(gòu)。裝藥結(jié)構(gòu)主要形式有:連續(xù)裝藥結(jié)構(gòu),分段間隔裝藥結(jié)構(gòu)(分段),混合裝藥結(jié)構(gòu)(底部裝高威力炸藥)。底部間隔裝藥結(jié)構(gòu)(在炮孔底部置入0.5～1.5m長的塑料間隔器而不裝藥,形成底部間隔,增強了爆炸能量的沖擊反作用。同時使藥柱中心上移,炸藥分布合理,減少臺階上部大塊,降低炸藥單耗、降震。)4)爆破質(zhì)量的要求⑴、破碎質(zhì)量好,破碎塊度符合鏟裝要求。大塊少,不留根底,不產(chǎn)生后沖裂隙。⑵、爆堆形狀符合要求。⑶、控制爆破危害,使爆破飛石、地震、空氣沖擊波及噪聲控制在允許范圍內(nèi)。⑷、爆破成本低、經(jīng)濟效益好。3.1.6爆破安全控制⑴、爆破震動安全距離①、對地面建(構(gòu))筑物的安全距離采用爆破引起的質(zhì)點振動速度指標進行判斷:v=K.(Q1/3R)α式中:v振動速度,cm/s.其值可參考<中華人民共和國爆破安全規(guī)程>。Q最大一響藥量,kgα地震波的衰減系數(shù),α=1～3K同巖石性質(zhì)、爆破方法等因素有關(guān)的系數(shù),K=50～200②、對地下井巷的安全距離R地=K地(Q)1/3式中:R地爆破中心至被保護巷道的安全距離,m。K地系數(shù),對于圍巖不穩(wěn)固巷道,K地＞2時,安全;K地＞3時無影響;對于圍巖穩(wěn)固的巷道,K地＞1.5時,安全;K地＞2時,無影響。Q最大一響起爆藥量,kg。⑵、空氣沖擊波安全距離R空=K空(Q)1/3式中:R空爆破空氣沖擊波的最小安全距離,m.K空系數(shù),對于一般建筑物為70,對于人員為25～60。Q最大藥室的裝藥量,kg.上式適用于平坦地形,沿溝谷方向安全距離應(yīng)增大50%~100%;處于山坡背面時,安全距離減少30%～70%。⑶、個別飛石安全距離經(jīng)驗公式:R飛=20n2·W·K飛式中:R飛個別飛石的飛散距離,m.n最大藥包的爆破作用指數(shù)。w最大藥包的最小抵抗線,m.K飛系數(shù),取:1.5~2.0。根據(jù)<中華人民共和國爆破安全規(guī)程>規(guī)定:個別飛石飛散距離不小于300m;裸露藥包爆破大快時,個別飛石的安全距離不小于400m;深孔爆破時不小于200m。本次單段最大起爆藥量為118kg。根據(jù)公式算得不同距離的爆破振動速度見表1,有表可見距爆區(qū)400m處振速為0.17cm/s。對于石砌瓦房按照<爆破安全規(guī)程>(GB6722-)規(guī)定,其安全允許振速在0.5-1.5cm/s范圍內(nèi),因此在爆破施工過程中,周邊民房是相對安全的。表1爆破振動安全驗算表距離/m最大震速/cm/s1043.32015.3308.3405.4503.91001.41500.752000.482500.343000.264000.173.1.7爆破設(shè)計3.1.7.1初始爆破設(shè)計設(shè)計圖紙設(shè)計說明及施工技術(shù)要求爆破參數(shù)設(shè)計:炮孔直徑100-200mm,臺階高度10-16m,孔深根據(jù)臺階高度、超挖和爆破效果確定,按12-18m考慮。主爆區(qū)采用深孔臺階爆破方案,根據(jù)設(shè)計要求,爆破參數(shù)如下:①孔徑d=120mm;②臺階高度H=15m;③超深h=(0.1～0.15)H,為1.5-2.25m,取h=1.5m;④m=0.8～1.4,取m=1.2;,W=(30～40)d,暫取W=3.6m;由a=mW,則a=4.32m,實取a=4.2m,b=W=3.6m;⑤炮孔深度L=(H+h)/sin75°=17.1m;⑥設(shè)計方建議炸藥單耗q=0.805kg/m3,根據(jù)山體巖性以及當?shù)叵嚓P(guān)爆破施工經(jīng)驗暫取q=0.52kg/m3;△=0.95g/cm3⑦堵塞長度L1=(30～40)d;實取L1=4.2m;則裝藥長度為L-L1=12.9m;⑧炸藥選取2號巖石乳化炸藥,裝藥密度為0.95g/cm3,采用連續(xù)耦合裝藥,每延米裝藥量為10.7kg;⑨由Q=q×H×a×W,即Q=0.52×15×4.2×3.6=118kg;⑩采用連續(xù)耦合裝藥,雙發(fā)雷管孔口、孔底同時起爆,主爆孔裝藥結(jié)構(gòu)示意圖見下圖1。采用梅花形布孔,每次起爆4排炮孔。采取逐孔起爆的方式,炮孔布置示意圖,見圖2。eq\o\ac(○,11)炸藥計劃:每次爆破土石方量約為10000m3,炸藥量約為5.0t(根據(jù)爆破情況做調(diào)整)。圖1主爆孔裝藥結(jié)構(gòu)示意圖baba圖2炮孔布置示意圖主爆孔孔內(nèi)采用雙發(fā)14段雷管延時,孔間采用雙發(fā)3段雷管、排間采用雙發(fā)5段雷管進行逐孔起爆,爆破網(wǎng)路設(shè)計見圖3。圖3爆區(qū)域起爆網(wǎng)路示意圖按照本設(shè)計進行施爆,我們小組對爆破效果進行了分析:爆破石渣塊度較小,巖石破碎效果比較好,無底根,有利于挖機鏟裝。但設(shè)計要求最大塊徑不超過50cm,因此不必追求過小的石渣塊度,借此進一步降低炸藥單耗;由于是逐孔起爆,炸藥能量逐次釋放,爆破震動范圍較小,爆破飛石較少且飛出距離短;爆破中有個別孔有沖孔現(xiàn)象,應(yīng)為炮孔填塞不實或填塞長度短,需要對填塞長度進行調(diào)整。初始爆破設(shè)計試爆3.1.7.2優(yōu)化爆破設(shè)計經(jīng)過多次試爆,分析試爆效果,本著經(jīng)濟節(jié)約、保證爆破質(zhì)量安全的前提不斷對爆破設(shè)計進行優(yōu)化,最終形成以下設(shè)計方案:①孔徑d=120mm;②臺階高度H=15m;③超深h=(0.1～0.15)H,為1.5-2.25m,取h=1.5m;④m=0.8～1.4,取m=1.2;W=(30～40)d,取W=4.2m;由a=mW,則a=5.04m,實取a=5.0m,b=W=4.2m,考慮起爆方式采用逐排起爆,取b=4.0m;⑤炮孔深度L=(H+h)/sin75°=17.1m;⑥設(shè)計方建議炸藥單耗q=0.805kg/m3,根據(jù)山體巖性以及當?shù)叵嚓P(guān)爆破施工經(jīng)驗暫取q=0.35kg/m3;△=0.95g/cm3;⑦堵塞長度L1=(30～40)d;實取L1=4.5m;則裝藥長度為L-L1=12.6m;⑧炸藥選取2號巖石乳化炸藥,裝藥密度為0.95g/cm3,采用連續(xù)耦合裝藥,每延米裝藥量為10.7kg;⑨由Q=q×H×a×W,即Q=0.35×15×5×4=105kg;⑩本次設(shè)計采用連續(xù)耦合裝藥,雙發(fā)雷管孔口、孔底同時起爆,主爆孔裝藥結(jié)構(gòu)示意圖同圖1。炮孔布置仍采用梅花形布孔,每次起爆4排炮孔。為保證破碎效果,采取排間微差逐排起爆的方式,炮孔布置示意圖同圖2。網(wǎng)絡(luò)聯(lián)結(jié)示意圖見圖4:圖4排間微差爆破網(wǎng)絡(luò)eq\o\ac(○,11)炸藥計劃:每次爆破土石方量約為1m3,炸藥量約為4.2t。優(yōu)化后的爆破效果優(yōu)化爆破設(shè)計后,我們對試爆后的效果分析,相對于前幾次的試爆有明顯的改進。一是巖石破碎適中,塊度既符合回填要求又利于鏟裝;二是避免了爆破時的沖孔現(xiàn)象;三是炸藥單耗降低很多,鉆孔數(shù)量減少很多。3.1.7結(jié)論與建議3.1.7.1結(jié)論在10月18日-10月31日期間,我們進行了6次深孔臺階爆破試驗。主要是了解不同藥量、爆破孔深、爆破孔距試爆過后填料粒徑差異,進而經(jīng)過比較得到石方開挖經(jīng)濟、質(zhì)量平衡點,改進爆破技術(shù)經(jīng)濟指標,提高延米爆破量,降低炸藥單耗,在改進破碎質(zhì)量的前提下,使鉆孔、裝載、運輸和機械破碎等后續(xù)工序發(fā)揮高效率,使其工程的綜合成本達到最低。試驗方式是經(jīng)過改變臺階高度、孔徑、布孔的間距、排距以及起爆的方法、順序等,對每次的爆破效果進行分析對比,最后得出最優(yōu)的爆破設(shè)計參數(shù),為后續(xù)的施工提供指導(dǎo)依據(jù)?？拙嘤?.2m逐步擴大到5.0m,排距由3.6m逐步擴大到4.0m,起爆順序由逐孔起爆改為3孔同時起爆,最后改為逐排起爆。經(jīng)過6次試驗的爆破效果對比,最后確定爆破參數(shù)的取值為:臺階高度15m,孔徑120mm,孔距5m,排距4m,起爆順序為逐排起爆。炸藥單耗由最初的0.52kg/m3降低到0.35kg/m3。3.1.7.2建議在爆破施工中最主要的是規(guī)范爆破作業(yè)的整個流程。①標定炮孔:根據(jù)爆破作業(yè)施工參數(shù),在技術(shù)人員的指導(dǎo)下,將主炮孔的位置在試驗爆破區(qū)內(nèi)進行標識。為確?？椎赘叱桃恢?對每個孔位頂面高程進行測量,計算出每個孔位的鉆孔深度,并對作業(yè)人員進行詳細的技術(shù)交底。②鉆孔:按測量給定的點位進行鉆機定位、鉆孔作業(yè)。技術(shù)人員隨時對鉆孔深度進行檢測,鉆孔深度與設(shè)計深度誤差不應(yīng)大于20cm。作業(yè)完畢后要由技術(shù)人員進行驗收、檢查其孔深、孔位是否符合設(shè)計要求。對不合格的炮孔要按照質(zhì)量控制程序文件要求進行糾正,直至達到合格,最后用編織袋裝巖粉封堵孔口。然后土石方專業(yè)分包隊填寫并上報<炮孔檢查記錄表>和爆破作業(yè)申請單。③裝藥:經(jīng)技術(shù)人員根據(jù)上報的<炮孔檢查記錄表>對孔位、孔間距、孔深等各項技術(shù)指標進行再次確認,檢測合格后,方可進行裝藥作業(yè)。裝藥時仔細注意孔內(nèi)情況,對于堵塞的孔眼用炮仗搗通。裝藥時應(yīng)將每孔雷管段別標識卡放在孔外,以便檢驗。④炮孔堵塞:堵塞長度不小于設(shè)計堵塞長度,堵塞材料就地取用鉆巖巖粉,堵塞要緊密,并注意保護導(dǎo)爆管不受損壞。不得使用碎石塊等進行堵塞作業(yè)。采用竹質(zhì)或木質(zhì)材料輕輕將堵塞材料送入孔內(nèi)。⑤聯(lián)網(wǎng)爆破:在前期由于是采用的單導(dǎo)爆管網(wǎng)絡(luò),爆破過程中有導(dǎo)爆管被切斷,為了增加安全系數(shù),我們在以后的爆破中,爆破網(wǎng)絡(luò)采用雙導(dǎo)爆管起爆網(wǎng)絡(luò)。導(dǎo)爆管與導(dǎo)爆管之間用膠帶綁扎結(jié)實,采用電雷管擊發(fā)起爆。聯(lián)線完畢后,由爆破現(xiàn)場指揮或技術(shù)員進行復(fù)檢,合格后等待達到規(guī)定的起爆時間才可進入爆破程序。3.2高填方地基強夯施工研究3.2.1強夯理論(1)強夯對地基土的作用機理及動力學(xué)特征L.Menard根據(jù)飽和粘性土經(jīng)受強夯后產(chǎn)生數(shù)十厘米瞬間變形的現(xiàn)象,提出了一個動力固結(jié)模型:用有摩擦的活塞來反映含有空氣的孔隙水壓力的滯后現(xiàn)象;利用不定剛度的彈簧來反映土體強度的降低;利用變孔徑的排水孔來反映孔隙水得以順利排出的問題。Y.K.Chow也提出了粒狀土強夯分析的一維模型,她們將錘下與錘徑相同的土柱視為無側(cè)限變形體,并將周圍土體簡化為一系列串連的彈簧和阻尼器,得到了一維模型方程。陸新對軟粘土地基在靜力固結(jié)模型基礎(chǔ)上針對強夯特點提出了強夯動力排水固結(jié)模型。錢家歡等曾用自制的動力固結(jié)儀模擬強夯,分別提出了飽和砂土及飽和粘土在沖擊荷載作用下壓縮模量、卸荷模量以及動孔隙水壓力的經(jīng)驗公式。韓文喜等也獲得了飽和土在強夯作用下的動應(yīng)力、動位移、孔隙水壓力的變化規(guī)律及強夯的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系特征。Leon認為加固作用與土層在被處理過程中的三種明顯不同的機理有關(guān):第一為加密作用,主要指氣體的排出;第二為固結(jié)作用,指水或液體的排出;第三為預(yù)加變形作用,指顆粒在結(jié)構(gòu)上的重新排列或形態(tài)的改變。Leonards在研究強夯加固粘性土?xí)r發(fā)現(xiàn):粘性土的存在將影響加固深度,使加固深度減小,而且受夯擊能量、夯擊順序等因素的影響。對于強夯的能量以何種形式傳遞到土層中,Gambin認為,壓密作用是由于土體受到?jīng)_擊波作用而引起的,對于飽和土而言,剪切波是引起土體加密的主要因素。在國內(nèi),左名麒提出的振動波理論認為夯擊所產(chǎn)生的巨大沖擊能將以波的形式向土介質(zhì)傳播。強夯主要是縱波和橫波起加固作用,而面波不但不起加密作用,反而對地基表面產(chǎn)生松動,是有害波。對于飽和細顆粒土的強夯加固,鄭穎人將其分為四個階段:能量轉(zhuǎn)換與夯坑受沖剪階段;土體液化與破壞階段;固結(jié)壓密階段和觸變固化階段。并在此基礎(chǔ)上提出了適用于軟粘土地基的強夯工藝。根據(jù)強夯后標準貫入試驗資料分析,郭見揚提出了強夯地基的雙層構(gòu)造理論。她認為對于強夯的加固效果,在某個深度以上夯后N值明顯增加,形成良好的持力層,而在這個深度以下N值增加和減小的可能性都存在。但即使強度有所降低,它的抗振動穩(wěn)定性將有所提高,這充分肯定了強夯的加固效果。(2)有效加固深度強夯加固深度問題是強夯設(shè)計與施工中最為關(guān)鍵的問題之一,它關(guān)系到強夯的經(jīng)濟和適用性,許多學(xué)者對此進行了一系列的研究和探討。但當前有關(guān)強夯法加固地基有效深度的定義還不明確,有的文獻稱為”加固深度”、”影響深度”等。錢家歡曾提出應(yīng)根據(jù)土類不同特點給出”有效深度”的概念,對于細砂以消除某一震級下的液化可能性來判斷,黃土以消除濕陷可能性、粘土以消除有害沉降可能性為標準?，F(xiàn)在一般將經(jīng)過強夯加固后土體各種強度指標能夠滿足設(shè)計要求的深度理解為”有效加固深度”。強夯法創(chuàng)始人梅納提出了用下列公式估算強夯加固影響深度:式中,為錘重;為落距。在實際工程中,影響強夯有效加固深度的因素很多:地基土性質(zhì)、不同土層的厚度和埋深順序、地下水、夯擊次數(shù)、錘底單位壓力等,因此在不同使用條件時,應(yīng)對梅納公式進行修正。3.2.2強夯作業(yè)方式強夯夯錘在土中形成強大的沖擊應(yīng)力(可高達～8000kN/m2),從而壓縮土體,形成夯坑,并提高地基的強度、降低壓縮性等。夯錘的沖擊速度顯著影響沖擊應(yīng)力,影響強夯的加固效果。履帶式吊車提升夯錘時,吊車桁架式臂桿懸掛鋼絲繩(背繩)在夯錘重力與提升加速度的作用下,產(chǎn)生較大的拉力,鋼絲繩產(chǎn)生延伸(被拉長),夯錘提升到額定高度時,夯錘在自動脫鉤器的作用下脫鉤,吊車一瞬間卸去載荷,吊車臂桿由于鋼絲繩內(nèi)應(yīng)力的作用,重復(fù)向后、向前大幅度的擺動,導(dǎo)致吊車臂桿和有關(guān)機件受到?jīng)_擊,輕則使吊車有關(guān)機件提前損壞,重則臂桿向后傾翻、折桿,造成起重臂后翻事故。因此說,突然卸載對于強夯機是正常工況,這一作業(yè)方式也是區(qū)別于一般起重設(shè)備最明顯的特征。3.2.3強夯法適用范圍強夯法的適宜性很大程度上取決于土體對超孔隙水壓力的消散能力,砂性土等粗粒土地基經(jīng)強夯處理后,其承載能力可提高200%-500%,壓縮性可降低20%-90%。因此最初強夯法只用于處理碎石土、砂類土、非飽和粘性土等,但隨著經(jīng)驗的豐富以及施工方法的科學(xué)化、現(xiàn)代化,特別是排水條件的改進,用強夯法所處理的土類不斷增加,甚至對海底、水下的軟弱土層也嘗試經(jīng)過特殊工藝進行強夯處理。強夯法的局限是施工時較大的噪聲和振動,因而不宜在人口密集的城市內(nèi)使用。當前應(yīng)用強夯法處理地基的工程范圍極廣,已付諸實踐的有工業(yè)與民用建筑、重型構(gòu)筑物、機場、堤壩、公路和鐵路路基、貯倉、飛機場跑道及碼頭、核電站、油庫、油罐、人工島等。近年來強夯法在工程建設(shè)與環(huán)境保護協(xié)調(diào)方面已發(fā)展應(yīng)用于垃圾填埋場、沙漠地基、核廢料場等的處理?？傊?只要環(huán)境允許、土層條件適臺,強夯法在某種程度上比其它機械的、化學(xué)的或力學(xué)的加固方法使用更為廣泛和有效。3.2.4本工程強夯地基處理研究3.2.4.1強夯處理參數(shù)分區(qū)夯型單擊夯擊能(kN.m)夯點間距夯點布置夯點遍數(shù)單點擊數(shù)厚度錘底靜壓力1－A點夯60007.0m正方形2遍10～146.0m40～60kPa1－B點夯40007.0m正方形2遍12～166.0m30～50kPa2－A點夯60007.0m正方形2遍10～148.0m50～70kPa2－B點夯50007.0m正方形2遍10～148.0m50～70kPa2－C點夯30007.0m正方形2遍12～164.0m30～50kPa3－A點夯80008.0m正方形3遍10～149.0m50～70kPa3－B點夯80009.0m正方形3遍10～149.0m60～80kPa3－C點夯60007.0m正方形2遍12～169.0m60～80kPa4－A點夯40007.0m正方形2遍12～166.0m30～50kPa4－B點夯30007.0m正方形2遍12～166.0m40～60kPa收錘標準:6000kN.m、8000kN.m能級點夯按最后兩擊平均夯沉量不大于10cm控制,3000kN.m、4000kN.m、5000kN.m點夯按最后兩擊平均夯沉量不大于5cm控制。3.2.4.2強夯總體要求試驗段內(nèi)的填方地基應(yīng)達到以下要求:填方地段整平及處理后的一般地基土承載力fak≥250kPa,壓縮模量≥16MPa.對特殊的溝內(nèi)淤泥質(zhì)土,軟粘性土分布較厚地段要求該土層處理后地基土承載力fak≥150kPa,壓縮模量≥10MPa.經(jīng)整平及處理后的場地,可滿足大部分建構(gòu)筑物采用淺基礎(chǔ)的要求。本試驗段填方區(qū)分四層回填,第一層厚度6m,第二層厚度8m,第三層厚度9m,第四層厚度6m。第一層進行兩種強夯試驗對比,強夯能級分別為4000kN?m及6000kN?m;第二層由于有淺薄區(qū),設(shè)置兩種強夯能級,兩種試驗對比,夯填能級為6000kN?m和5000kN.m;第三層進行三種強夯試驗對比,夯填能級為8000kN?m、6000kN?m;第四層進行兩種強夯試驗對比,強夯能級分別為3000kN?m和4000kN.m。3.2.4.3強夯夯點布置圖3.2.18000KN.M點夯布點圖圖3.2.26000KN.M點夯布點圖圖3.2.35000KN.M點夯布點圖圖3.2.44000KN.M點夯布點圖第一遍3000KN.M點夯第二遍3000KN.M點夯第一遍3000KN.M點夯第二遍3000KN.M點夯圖3.2.53000KN.M點夯布點圖3.2.4.4強夯對比區(qū)域設(shè)置圖3.2.6第一層強夯對比分區(qū)圖圖3.2.7第二層強夯對比分區(qū)圖圖3.2.8第三層強夯對比分區(qū)圖圖3.2.9第四層強夯對比分區(qū)圖根據(jù)以上分區(qū)圖,進行不同強夯能級的強夯效果對比試驗,最終獲得符合設(shè)計要求且節(jié)約的強夯能級。3.2.5強夯施工工序(1)在已平整好的地面,放線定位標出第一遍夯點位置,并測量工作面的高程;(2)強夯機具就位,測量夯前錘頂高程,進行第一遍強夯;(3)將夯錘起吊至預(yù)定高程,開啟脫鉤裝置,夯錘脫鉤自由下落,放下吊鉤,測量錘頂高程;(4)重復(fù)步驟(3),按設(shè)計規(guī)定的夯擊次數(shù)及控制標準,完成一個夯點的夯擊;當夯坑過深而發(fā)生起錘困難,但無明顯隆起,也尚未達到控制標準時,向坑內(nèi)填料,記錄填料數(shù)量,繼續(xù)夯擊;(5)換夯點,重復(fù)(2)～(4),完成全部第一遍夯點施工;(6)推平場區(qū),測量強夯后地面高程;(7)在一定的時間間隔后,按上述步驟逐次完成全部夯擊遍數(shù);(8)推平,測量夯后地面高程,填料至設(shè)計標高,滿夯,測量夯后地面高程;(9