靜態(tài)膨脹預裂爆破技術在公路施工中應用

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1、靜態(tài)膨脹預裂爆破技術在公路施工中應用　　摘要：靜態(tài)膨脹破碎預裂公路路基巖石是一項科學、經(jīng)濟、適用的技術，具有十分良好的應用價值。通過實際工程的應用，分析了提出靜態(tài)膨脹預裂爆破機理，介紹了靜態(tài)膨脹破碎劑施工技術參數(shù)的選取方法、施工工藝流程及操作要點和安全和環(huán)保措施，為進一步在工程總推廣應用提供了有益的經(jīng)驗。關鍵詞：靜態(tài)膨脹破碎公路工程石方爆破中圖分類號：U416.1+13文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2013）03（a）-0047-0413巖石開挖是公路路基施工的重要施工內容，堅硬巖石施工目前一般采用炸藥爆破、裝載機裝卸、汽車運輸方式。對于周邊有建筑物或對爆破

2、敏感區(qū)域，石方量又較大時，無法采用傳統(tǒng)的爆破施工工藝，同時僅采用機械開挖又效率極低，施工成本大，工期不能滿足要求，這樣的事例較為常見。目前，我國實行嚴格的民爆器材、作業(yè)的管理制度，安全警戒距離不少于200m。溫州和麗水市某二級公路一段石方路基靠近一個村莊，傳統(tǒng)的爆破作業(yè)擾民非常嚴重，如遷移民房需花費數(shù)千萬元安置費用。開挖石方路基時，最后采取了單一的機械挖掘作業(yè)，費用十分昂貴，還延誤了工期。由此，石方路基采用靜態(tài)膨脹破碎劑預裂機械破碎開挖施工工藝，費用、工期、安全、質量都得到了較好地控制，村民反映良好，工程進展順利，體現(xiàn)了施工文明，為維護社會穩(wěn)定、建設和諧社會作出努力。1靜

3、態(tài)膨脹預裂爆破機理1.1力學機理靜態(tài)膨脹破碎劑通常呈粉末狀散粒體，使用前按適當?shù)谋壤铀韬?，然后裝填在巖石中，經(jīng)過一定時間的水化反應，產(chǎn)生膨脹壓力，如圖1所示。將巖石模擬為厚壁圓筒彈性體，填充靜態(tài)膨脹破碎劑的半徑為r1，r2，其內部作用的壓力為P，任意半徑處的切向拉伸應力為，則：（1）巖石為脆性材料，抗拉強度遠小于抗壓應力。一般巖石的抗拉強度為5～10MPa，靜態(tài)膨脹破碎劑可產(chǎn)生30～50MPa的膨脹力。當切向膨脹力大于巖石抗拉強度時，巖石便產(chǎn)生裂縫而破壞。圖2為膨脹破碎劑預裂示意圖。2.2化學機理靜態(tài)膨脹破碎劑主要以、無機鹽化合物和有機復合劑組成，加水后產(chǎn)生膨脹性的結

4、晶水化物，其中氧化鈣（）的化學反應如下式：（2）由于氧化鈣的密度為3.3513kg/cm3，氫氧化鈣的密度為2.24kg/cm3，在總質量不變的條件下，體積膨脹了49.6%，這就是靜態(tài)膨脹破碎劑的化學原因。2靜態(tài)膨脹破碎劑施工技術參數(shù)根據(jù)現(xiàn)場巖石的材質、裂隙尺寸和破碎的要求，設計計算出破碎參數(shù)，并選用對應鉆孔設備和鉆孔工具。破碎參數(shù)包括孔徑、孔距、孔深、排距、最小抵抗線、破碎體劑的用量和炮孔排列。2.1孔徑孔徑是影響破碎效果的重要因素?？讖皆酱?，破碎劑的裝入量就越多，產(chǎn)生的膨脹壓力也越大，破碎效果也就越好，同時產(chǎn)生的熱量也越多，溫度上升也越高，最后導致破碎劑漿體的噴出，所

5、以孔徑不宜過大。另外孔徑由鉆孔設備的性能確定，孔徑越大，鉆孔速度下降越顯著。因此，視巖石的堅硬程度孔徑選擇為30～50mm。2.2孔距當其他條件不變時，孔距越小，開裂越容易，破碎所需時間也越短。但孔距越小，孔數(shù)增多，必然后增加鉆孔工作量和破碎劑的消耗量。因此，對于不同的破碎對象，確定出可行的最大孔距，以達到最好的技術經(jīng)濟效果。13影響孔距的因素主要有：被破碎體的抗拉強度、破碎劑的膨脹壓力和鉆孔孔徑，當其它條件不變時，抗拉強度越高，孔距應越?。环粗?，則可增大。另外，膨脹壓力和孔徑越大，孔距應越大；反之，則應減小。孔距的大小可用下式來求得：（3）式中：a為孔距，cm；d為孔徑

6、，cm；k為破碎系數(shù)，若使用普通型破碎劑時，k值可從表1中選取。2.3孔深炮孔深度與被破碎體的高度（或寬度）有關。當被破碎體的高度和其它條件相同時，炮孔深度大的比炮孔深度小的更容易開裂，破碎效果也更好，它們之間的關系可用式4表示：（4）式中：L為孔深，m；H為被破碎體的高度或破碎高度，m；為孔深系數(shù)，與約束條件有關。對于硬質巖石或孤石～；對于軟質巖石。2.4排距和最小抵抗線炮孔排距的大小與破碎劑膨脹壓力的大小、被破碎體的強度和自由面的多少有關。膨脹壓力大、被破碎的強度小和自由面多，可取大值，反之，則取小值。在靜態(tài)破碎中，最小抵抗線的大小因根據(jù)介質的強度、形狀大小、孔徑、節(jié)

7、理以及要求破碎的塊度等因素由圖3和表2來確定。132.5破碎劑的選型和用量普通型破碎劑，它們共同特點是呈粉末狀，水反應速度較慢，膨脹壓力上升也較慢，破碎能力小和介質的破裂時間長，新型速效靜態(tài)脹裂劑，呈顆粒狀結構，可以加速水反應和有利于膨脹壓力的迅速上升，30min后出現(xiàn)30～50MPa的膨脹壓力，工藝比較簡單。破碎劑的用量是影響破碎效果的主要因素。當炮孔布置方式和有關的破裂參數(shù)確定好以后，用藥量可按下面兩種方式確定。2.5.1按每米炮孔裝藥量計算（5）式中：Q為個炮孔的用藥量或一次破碎的總用藥量，kg；為損耗率，采用0.05～