石质挖方路基施工技术-公路工程施工技术

石方路堑是公路工程中一种常见的情况，通常其具有开挖工程量大、施工作业条件困难及周围环境复杂等特点，常常成为公路工程项目施工的关键性及控制性工程。因此，石方路堑施工应根据实际工程地质条件及作业环境合理地选择施工方法。

石方路堑通常采用机械开挖法、静态破碎法和爆破开挖法进行施工。

①机械开挖法：使用带有松土器的重型推土机破碎岩石，一次破碎深度为0.6～1.0 m。该法适用于施工场地开阔、大方量的软岩石方工程。优点是没有钻爆工序作业，不需要风、水、电辅助设施，简化了场地布置，加快了施工进度，提高了生产能力。缺点是不适于破碎坚硬岩石。

②静态破碎法：将膨胀剂放入炮孔内，利用产生的膨胀力，缓慢地作用于孔壁，经过数小时至24小时达到300～500 MPa压力，使介质裂开。该法适用于在设备附近、高压线下以及开挖与浇筑过渡段等特定条件下的开挖。优点是安全可靠，没有爆破产生的公害。缺点是爆破效率低，开裂时间长。

③爆破开挖法是当前广泛采用的开挖施工方法，有薄层开挖、分层开挖、全断面一次开挖和特高梯段开挖等方式。

机械开挖法和静态破碎法施工方法简单，工艺成熟，施工安全风险较小，在此不做详细介绍。本节主要介绍施工危险性较大的爆破开挖法。

1）基本要求

根据岩石条件、开挖尺寸、工程量和施工技术要求，通过方案比较拟定合理的方式。其基本要求如下：

①保证开挖质量和施工安全。

②符合施工工期和开挖强度的要求。

③有利于维护岩体完整和边坡稳定性。

④可以充分发挥施工机械的生产能力。

⑤辅助工程量少。

2）爆破器材

爆破器材主要包括工业炸药和起爆器材两大类。

工业炸药又称为民用炸药，是由氧化剂、可燃剂和其他添加剂等组分按照氧平衡的原理配制，并均匀混合制成的爆炸物。通常采用的工业炸药有硝化甘油炸药、铵梯炸药、铵油炸药、乳化炸药、水胶炸药及其他工业炸药。

起爆器材是能够受外界很小能量激发，即能按设定要求发火或爆炸的元件、装置或制品。它的作用是产生热冲能或爆炸冲能，同时伴有高温高速气体、灼热颗粒、金属飞片等，并能够传给火药或炸药，将其点燃或引爆，特殊场合也可作为独立能源对外做功。起爆器材分为起爆材料和传爆材料两大类。火雷管（已禁用）、电雷管、磁电雷管、导爆管雷管、继爆管及其他雷管属于起爆材料；导火索、导爆索、导爆管等属传爆材料。

电雷管是在火雷管中架设发电火装置而成。它是用电线传输电流，使装在雷管中的电阻发热而引起雷管爆炸。

3）爆破方法及其分类

（1）按药包形状分

按照药包形状，分为集中药包法、延长药包法、平面药包法、异性药包法。

①集中药包法：从理论上讲，这种药包的形状应该是球形体，起爆点从球体中心开始，爆轰波按辐射状以球面形式向外扩张，爆炸以均匀的分布状态作用到周围的介质上。长方体的最长边不超过最短边的2倍。

②延长药包法：炸药包做成长条形，可以是圆柱状，也可以是方柱状，通常药包长度要大于17～18倍药包直径。

③平面药包法：直接将炸药敷设在介质表面，因此爆炸作用只是在介质接触药包及附近表面上，大多数能量散失在空气中，产生的爆轰波可看作平面波。

④异性药包法：将药包做成特定形状，以达到特定的爆破作用。

（2）按装药方式与空间形状

按装药方式与装药空间形状不同，分为药室法、药壶法、炮孔法、裸露药包法。

①药室法：是指在山体内开挖坑道、药室，装入大量炸药的爆破方法，一次能爆破下的土石方数量几乎是不受限制的，在每个药室里装入的炸药可多达千吨以上。

②药壶法：是指在深2.5～3.0 m以上的炮眼底部用小量炸药经一次或多次烘堂，使眼底成葫芦形，将炸药集中装入药壶中进行爆破。

③炮孔法：根据钻孔孔径和深度不同，把孔深大于5 m、孔径大于75 mm的炮孔称为深孔爆破，反之称为浅眼爆破。

④裸露药包法：不需钻孔，直接将炸药包贴放在被爆物体表面进行爆破的方法。它在清扫地基的破碎大孤石和对爆下的大块石做二次爆破等方面具有独特作用，仍然是常用的有效方法。

（3）按爆破效果

按爆破效果，分为定向爆破、预裂爆破、光面爆破、微差控制爆破。

①定向爆破是一种加强抛掷爆破技术，它利用炸药爆炸能量的作用，在一定条件下，可将一定数量的土岩经破碎后，按预定的方向抛掷到预定地点，形成具有一定质量和形状的建筑物或开挖成一定断面。

定向爆破主要是使抛掷爆破最小抵抗线方向符合预定的抛掷方向，并且在最小抵抗线方向事先造成定向坑，利用空穴聚能效应集中抛掷，这是保证定向的主要手段。在大多数情况下，造成定向坑的方法都是利用辅助药包，让它在主药包起爆前先爆，形成一个起走向坑作用的爆破漏斗。如果地形有天然的凹面可以利用，也可不用辅助药包。

②预裂爆破是进行石方开挖时，在主爆区爆破之前沿设计轮廓线先爆出一条具有一定宽度的贯穿裂缝，以缓冲、反射开挖爆破的震动波，控制其对保留岩体的破坏影响，使之获得较平整的开挖轮廓。预裂爆破可以广泛地运用在垂直、倾斜、规则的曲面及扭曲面上。

③光面爆破也是控制开挖轮廓的爆破方法之一，它与预裂爆破的不同之处在于光爆孔的爆破是在开挖主爆孔的药包爆破之后进行。它可以使爆裂面光滑平顺，超欠挖均很少，能近似形成设计轮廓要求的爆破。光面爆破一般多用于地下工程开挖，露天开挖工程中用得比较少，只是在一些有特殊要求或者条件有利的地方使用。光面爆破的要领是孔径小、孔距密、装药少、同时爆。

④微差控制爆破是一种应用特制的毫秒延期雷管，以毫秒级时差顺序起爆各个（组）药包的爆破技术。其原理是把普通齐发爆破的总炸药能量分割为多数较小的能量，采取合理的装药结构、最佳的微差间隔时间和起爆顺序，为每个药包创造多面临空条件，将齐发大量药包产生的地震波变成一长串小幅值的地震波，同时各药包产生的地震波相互干涉，从而降低地震效应，把爆破振动控制在给定水平之下。爆破布孔和起爆顺序有成排顺序式、排内间隔式（又称V形式）、对角式、波浪式、径向式等，或由它组合变换成的其他形式，其中以对角式效果最好，成排顺序式最差。

微差控制爆破能有效地控制爆破冲击波、震动、噪声和飞石；操作简单、安全、迅速；可近火爆破而不造成伤害；破碎程度好，可提高爆破效率和技术经济效益。但该网路设计较为复杂；需特殊的毫秒延期雷管及导爆材料。微差控制爆破适用于开挖岩石地基、挖掘沟渠、拆除建筑物和基础，以及用于工程量与爆破面积较大，对截面形状、规格、减震、飞石、边坡坡面等有严格要求的控制爆破工程。

4）爆破设计

（1）爆破设计原则

①有利于降低成本消耗。

②有利于施工作业安全和确保周围被保护对象的安全。

③选择参数合理，确保工程质量，提高爆破效果。

（2）爆破设计程序

①爆破设计工艺流程：爆破部位→基本情况→确定基本参数→计算孔网参数→绘制图表→形成设计文件。

②明确爆破部位：爆区所在工程名称、爆破部位、爆破方量、炸药用量、爆破时间等。

③掌握基本情况：熟悉施工图技术要求、掌握爆区地形地质条件、掌握爆区周围环境情况，以及所有安全、质量保护对象的控制标准和控制措施。

④确定基本参数：确定梯段高度（H）、钻孔直径（D）、钻孔倾角（α）、爆破器材品种、炸药单耗（q）、单响起爆药量（Q1）等。(www.xing528.com)

⑤计算孔网参数：计算孔深（H）、孔距（a）、排距（b）、底盘抵抗线（W）、装药直径（d）、单孔药量（Q2）、堵塞长度（Lc）、装药结构（图示）、布孔形式（图示）、网络结构（图示）、延时顺序（图示）、段间时差（t）、起爆总持续时间（T）、起爆方式（图示）、安全距离（R）、爆破地震安全震动速度（V）等参数。

⑥绘制相关图表：爆区位置平面图、爆破参数有关示意图、爆破参数汇总表、爆破器材用量表等。

⑦爆破设计文件：将上述爆破设计内容汇集，加上目录、封面和报审单等，汇编成爆破设计文件。

（3）爆破设计审批程序

爆破设计文件→项目爆破责任工程师审签→项目总工程师审定或审批→监理人审批。

监理人审批：规定监理人审批范围的爆破设计。

项目总工程师审定或审批：对报监理人审批的爆破设计进行审定，对规定由项目部审批的爆破设计进行审批。

5）路基爆破施工工艺

路基爆破施工工艺流程见图3.25。

（1）测量放样及定开口线

根据设计资料，复核路基中桩，根据实际地面标高确定开口线位置，用白灰撒开口线。经驻地监理工程师核查、审批后方可施工。

（2）布设炮孔

炮孔标定必须按照设计好的爆破参数准确地在爆破体上进行标识，不能随意变动设计位置。布孔前应先清除爆破体表面积土和破碎层，根据施工测量确定的边坡线，从边坡光面爆破孔开始标定，然后进行其他孔位布置。布孔完成后，应认真进行校核，实际的最小抵抗线应与设计的最小抵抗线基本相符。

（3）钻制炮孔

在钻孔过程中，应严格控制钻孔的方向、角度和深度，特别是边坡光面爆破孔的倾斜度应严格符合设计要求。孔眼钻进时应注意地质的变化情况，并做好记录。遇到夹层或与表面石质有明显差异时，应及时同技术人员进行研究处理，调整孔位及孔网参数。钻孔完成后，及时清理孔口浮渣，清孔直接采用胶管向孔内吹气。吹净后，应检查炮孔有无堵孔、卡孔现象，以及炮孔的间距、眼深、倾斜度是否与设计相符。若和设计相差较多，应对参数适当调整；如果可能影响爆破效果或危及安全生产，应重新钻孔。先行钻好的炮孔用编织袋将孔口塞紧，防止杂物堵塞炮孔。

图3.25　路基爆破施工工艺流程

（4）装药

装药前，要仔细检查炮孔情况，清除孔内积水、杂物。装药过程中应严格控制药量，把炸药按每孔的设计药量分好，边装药边测量，以确保线装药密度符合要求。为确保能完全起爆，起爆体应置于炮孔底部并反向装药。

（5）堵塞

堵塞物用黏土和细砂拌和，其粒度不大于30 mm，含水量为15%～20%（一般以手握紧能使之成型，松手后不散开，且手上不沾水迹为准）。药卷安放后立即堵塞，首先塞入纸团或塑料泡沫，以控制堵塞段长度（光爆孔口预留1～1.5 m，主爆孔口预留2～2.5 m），然后用木炮棍分层压紧捣实，每层以10 cm左右为宜，堵塞中应注意保护好导爆索。

（6）爆破覆盖

它是控制飞石的重要手段，施工中采用两层草袋覆盖，先在草袋内装入砂土，覆盖后将排间草袋用绳子连成一片。草袋覆盖时要注意保护好起爆网络。爆破石方表面是土或风化砂砾时，必须保留表土或风化砂砾10～50 cm，以减少草袋覆盖。

（7）连接起爆网络

根据设计的起爆网络图进行起爆电雷管、火雷管起爆网络连接，连接好后，进行网络检查。检查完全无问题后进入起爆程序。

（8）起爆

整个起爆过程中由专人统一指挥，起爆前对整个警戒区内进行全面安全检查。确保无安全隐患后，由指挥人发出三次预警在第三次预警哨声发出时，爆破员立即进行起爆工作。应由专人清点爆破雷管数量，以便检查雷管是否全部起爆。

（9）检查和解除警戒

起爆完成15 min后，由专业技术人员进入爆破现场进行检查，主要检查雷管和炸药是否全部爆炸。如果出现哑炮、拒爆、盲爆等情况，要采取措施进行处理。在完全无安全隐患后，报告指挥人员发出指令解除警戒。

（10）爆破石方清运

每次爆破完毕后，组织人员和机械进行爆破石方清运工作。挖掘机把石方清除后，测量标高，高出设计标高的要进行铲出，无法用挖掘机挖掉的大块石方必须再进行布孔二次爆破，直到符合设计要求为止。低于标高的要进行回填碾压，碾压到施工规范的压实度，达到设计标高为止。边坡表面的破碎岩石要全部清除掉，按设计要求进行刷坡。

6）质量控制措施和标准

（1）质量控制措施

①收集现场的各种数据，加以分析，对各种爆破方式进行比较，制定最优方案。

②对爆破所需的各种器材进行严格检查，必须要有出厂合格证书，方可使用。

③所有的爆破施工技术人员和现场操作人员必须进行上岗培训，并取得资格证书，方可进行爆破作业。

④对起爆顺序和起爆方式进行多次分析和比较，以达到最佳效果。在现场施工时，起爆网络要严格按要求和规范进行连接，在使用电雷管和导爆索之前要进行检测，无问题后才能使用。

⑤加强对装药过程的控制：严格按设计药量来控制，不能少装或多装，间隔段填筑物要均匀，按岩石粉自然密度填装，不能捣实，堵塞长度要按要求操作。

⑥在爆破前要检查起爆网络，无问题后方可施爆。

⑦做好防潮和防水措施。

（2）质量标准

①检测方法、标准、频率如表3.8所示。

②外观鉴定：边坡上不得有松石；路基边线直顺，曲线圆滑。

表3.8　石方路基实测项目

续表