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摘要：信阳地区为丘陵岗地，岗川相间，地质条件复杂，人工挖孔桩以其成桩质量易保证、场地适用能力强等优点得以在本地区广泛应用。由于本地区位于秦岭淮河以南，年降水量丰富，人工挖孔桩持力层多选用强风化岩和中风化岩，因此人工挖孔桩施工过程中岩隙水丰富，给桩基施工造成不利影响；同时，由于强风化岩和中风化岩强度较高，采用传统的挖铲及风镐掘进工艺施工效率低且人工成本显著提高，给工期和成本造成巨大压力。
人工挖孔桩成孔工艺选型较多，这里对富水风化岩地质条件下的人工挖孔桩桩基爆破技术应用、相关安全措施与大家共同探讨。
1 工程实例
信阳市南湾风景管理区某工程为框架-剪力墙结构，地基基础设计为人工挖孔桩基础，场地内基础持力层为中风化岩层。工程概况和地基基础情况详见表1。
表1 工程概况和地基基础概况
图1 人工挖孔桩降水施工示意图
2 富水风化岩人工挖孔桩爆破技术
富水风化岩人工挖孔桩爆破技术主要从人工挖孔桩开挖过程降水与岩层定向爆破技术两方面进行分析和介绍。
2.1 人工挖孔桩开挖过程降水技术
在现场人工挖孔桩开挖过程中，因岩层中岩隙水丰富，造成开挖和爆破难度增大，如何有效解决人工挖孔桩过程中的降水问题，是保证施工生产的关键之一。
2.1.1、降水方式选择
岩隙水丰富风化岩地质条件下，采用井点降水来解决岩层缝隙水问题效果差、代价高，主要是因为岩层水的渗透系数小且水量小，根据现场实际情况及现场试验，采用单桩单独降水的机理，对所有人工挖孔桩开挖前，采用D80冲击钻进行打孔，打孔深度为1.2-1.5m（超过1步开挖高度30-50cm），作为单桩降水孔实施降水，在爆破过程中亦做空孔使用。
2.1.2、降水施工工艺：
①场地平整及桩基定位：开挖前，场地平整完毕，应按工程桩轴线（中心线）向四周引出桩心控制点，用牢固的木桩标定。
②打孔：采用D80冲击钻在桩心中心点位置打孔，打孔深度1.2-1.5m。
③清孔：采用空压机对孔内进行清理，确保孔内清理干净，无异物堵塞；
④安装自吸泵降水：采用自吸泵，将泵管一头采用滤网裹严密后，下潜至孔内进行降水（降水过程要有专人紧盯，以防自吸泵电机烧坏）。
2.2 人工挖孔桩定向爆破应用技术
鉴于人工风镐掘进在遇岩层施工过程中不能满足现场施工需求，工程在施工过程中，人工挖孔桩遇岩层施工，采用定向爆破技术，以确保现场工期及降低成本。
2.2.1、岩石爆破机理
在无限介质中，炸药在炮孔内爆炸后，产生强大冲击波和高温高压爆生气体。由于爆炸压力远远超过介质的动抗压强度，使炮孔半径1～3倍范围以内的介质被强烈压缩、粉碎，形成压缩粉碎区，或称爆破近区；在该区内有相当一部分爆破能量消耗在对介质过度破碎上，然后冲击波透射到介质内部，以应力波形式向周围介质传播。在应力波作用下，介质质点产生径向位移，由此在靠近压缩区的介质中产生径向压缩和切向拉伸。当切向拉伸应力超过介质的动抗拉强度时会产生径向裂隙。并随应力波的传播的扩展。当应力波衰减到低于介质抗拉强度时，裂隙便停止扩展。在应力波向前传播的同时，爆生气体紧随其后迅速膨胀，进入由应力波产生的径向裂隙中，由于气体的尖劈作用，使裂隙继续扩展。随着裂隙的不断扩展。爆生气体膨胀，气体压力迅速降低，当压力降到一定程度时，积蓄在介质中的弹性能就会释放出来，形成卸载波，并向炮孔中心方向传播，使介质内部产生环向裂隙。通常环向裂隙较少，由于径向裂隙和环向裂隙互相交叉而形成的区域称之为裂隙区或爆破中区。当应力波进一步向前传播时，已经衰减到不足以使介质产生破坏，只能使介质质点产生震动，以地震波的形式传播直至消失：故把裂隙区以外的区域称为震动区或爆破远区。
2.2.2、工作原理
试验表明，爆破振动的峰值与总装药量无关，与某段最大齐爆药量有关，当某段装药量出现较大的振动峰值时，通过调整该段的装药量，或增加段数，将一排炮孔由一个段别改为两段或多段起爆，以达到降低振动的目的。
振动速度按萨道夫斯基公式计算：
式中：V－振动速度，cm•s-1
－场地系数；
Q－单段齐爆药量，Kg；
R－爆心距，m。
2.2.3、爆破设计
（1）爆破总体方案：本工程主要确定为浅孔爆破。
（2）爆破参数设计
① 孔网参数
a、本工程主要施工机械为 φ40mm钻机，钻孔角度85～90°。
b、区域孔网参数及装药情况见下表：
表2 区域孔网参数及装药情况
炸药选用直径为32mm的乳化炸药药卷，每支长20cm，重0.2kg，结合竖井掘进工程技术性质和周边良好的环境，在中心位置打一个掏槽眼，在距中心点0.1米的圆周上打一圈（3个）掏槽眼，孔距约0.2米，共4个掏槽眼。单孔装药长度约为0.6米，填塞长度为0.4米左右。
②起爆网络设计：
a、起爆网络图
图2 爆网络图
网路上周边孔用MS12（高段别），掏槽孔用MS4（低段别），使得掏槽效果更明显，孔外延期用MS4，一次性起爆。
b、装药结构图
图3 装药结构图
中间垂直孔为空孔（用前期降水孔替代），掏槽孔倾斜度范围85°～88°，周边孔为垂直孔，岩石硬度较大时，周边孔可以适当向两侧倾斜，角度不应过大，适当增加装药量，确保达到最好的爆破效果。
埋药
③爆破安全核算
a、空气冲击波安全要求
爆破区附近有民房、公路，但是爆破位于桩基基坑内，基坑口朝上，且须保护对象距离爆区有一定距离，所以空气冲击波影响可以说是很小的。
b、爆破地震波安全要求
表3 爆破振动安全允许标准
由于人工挖孔桩单次起爆药量很小，爆破振动很小，符合相关规定的要求。
c、爆破飞石安全要求
爆破飞石距离主要求由最小抵抗线W、爆破作用指数n，以及安全系数Kf决定，一般控制爆破作用指数n，使其介于0.4～0.75之间。必须充分考虑到岩石的软弱面，严格控制好炮孔的堵塞长度。在桩基孔口覆盖一层橡胶垫，再覆盖一层钢丝网，最后在钢丝网上压足够质量的沙袋，确保爆破产生的飞石不会飞出桩基孔。
2.2.4人工挖孔桩爆破施工注意事项
（1）、爆破飞石的控制
为防止飞石对被保护对象产生的危害，结合周围环境，必须确保无飞石飞出。拟采取如下防护措施：
a、合理制定安全警戒的范围。正常的中深孔爆破，一般不会出现较远的飞石，但由于堵塞长度过小或最小抵抗线过大而形成爆破漏斗效应，以及岩石中含有软夹层时个别飞石可能飞散较远。根据瑞典德汤尼克研究基金会的飞石经验公式可估算飞石距离：
其中，k、α值根据施工经验暂取：k=150，α=1.8。并在实际施工工程中，通过对本工程附近被保护区域的地面振动衰减规律振动量试验来确定。
b、爆破施工中，合理设置和人为开创自由面来减少岩体的过大的夹制作用，造成地面的震动和飞石。
c、在爆破过程中，对爆破震动进行全程监测并根据监测的实际效果对爆破参数进行调整以确定合理的爆破参数。
（3）、爆破噪声的控制
爆破噪声是由于爆炸空气冲击波引起，若不采取防控措施，不仅会对爆区附近建筑物产生破坏，对人也可能会产生伤害。应采取的预防措施如下：
a、尽量提高炸药的爆炸能量的利用率，减少形成空气冲击波的能量，从而最大限度地降低空气冲击波的强度。
b、合理确定爆破参数，保证岩石能充分松动，消除夹制爆破。
c、保证堵塞长度和堵塞质量并采用反向起爆，以防止高压气体从炮孔中冲出，避免因采用过小的堵塞长度，而产生冲天炮。
d、杜绝裸露药包爆破。
3、推广应用的可行性分析
在富水风化岩地质条件下，采用人工挖孔桩桩基设计的工程，遇强风化岩和中风化岩层，采用人工掘进方式，效率低下、造价高，采用定向爆破技术，可大大提高人工挖孔桩的施工工效（约为人工风镐掘进施工工效的4-6倍），缩短工期且成本相对较低，具有良好的社会效益和经济效益。
富水风化岩地质条件下人工挖孔桩施工技术，为丘陵和山地工程施工过程中，选用人工挖孔桩基础形式的工程，在施工技术选择和过程控制方面提供了较好的技术支撑，有效的解决了岩层降水费用高，岩层人工开挖困难的情况，且有施工工效高、成本相对较低的成本优势，具有很好的推广应用前景。
论文作者:张源
论文发表刊物:《基层建设》2018年第28期
论文发表时间:2018/11/16
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