摘要：静态爆破是近年来发展起来的一种新型爆破施工技术，由于它使用破碎剂可在无振动、无飞石、无啋音、无污染的条件下利用膨胀压力破碎或切割岩石或混凝土构筑物，极适合于城市建设中各类钢筋混凝土基础、建筑物的拆迁及改扩建和大粒径孤石的切割破碎，因而具有广阔的发展前景。本文结合某项目实例介绍了静态爆破技术在工程建设中对大粒径孤石的切割破碎的应用原理和施工工艺要点．供类似工程作施工参考。
关键词：静态爆破、大粒径卵石、破碎剂、膨胀压力
1 引言
现阶段国内外静态爆破技术钻孔直径一般为32-50 mm，因为孔径小且没有密封的原因导致膨胀压力小、作用时间长，布孔密集，后续破碎工作量大，孔径一旦增加就极易发生危险的冲孔现象，影响施工安全和施工进度。本文引用大孔径静态爆破技术[3-7]并加装密封装置[3]结合某项目实例分析探讨大孔径静态爆破技术工程中的应用。析
2 静态爆破的原理
静态破碎剂（又名无声破碎剂，静态爆破剂，破石剂等），是一种不使用炸药就能使岩石、混凝土破裂的粉状工程施工材料，它的主要成份是生石灰（即氧化钙），还含有一些按一定比例掺入的化合物催化剂。
静态破碎剂与水拌合成浆体后，以CaO为主体的矿物与水发生水化反应，生成水化产物Ca（OH）2，固体颗粒体积增大，并释放热量。随着水化反应的进行，释放出的能量推动水化产物Ca（OH）2不断向充水空间转移，浆体逐渐形成强度较低的多孔粘塑性体。水化反应释放的大量热量促使浆体中的游离水迅速汽化，压力上升，形成高温高蒸气压环境。当炮孔孔径增加到一定值时，水化反应速率将成指数倍增长，约束体内蒸气压力发生突跃升高。这时由于加装了密封装置，反应产生了巨大膨胀压力而引起两个方向的力，即径向压应力和切（环）向拉应力。随着时间的增长产生的膨胀压力作用而使孔壁上引起的拉应力大于混凝土或岩石的抗拉强度时，混凝土或岩石即被破碎而解体。
3 大粒径孤石切割破碎
某项目位于河谷内，场地内纵向为老河道，虽然地势较为平坦，但现场基坑土质条件复杂，存在大量大粒径孤石。为了保证施工进度，控制施工造价，使用大孔径静态爆破技术起出基坑内的大粒径孤石并换填素混凝土，以尽量减少对基坑原状土的扰动。
3.1 介质分析
静态破碎剂的破碎效率与介质的性质关系密切，对于坚硬的、弹性较差、限制性好的的介质，破碎效果较为理想。针对孤石破碎，也要了解孤石的性质、节理的情况以期达到最好的破碎效果。
3.2 膨胀压力
增大开孔的孔径可有效增大静态爆破是时破碎剂的膨胀压力。研究表明，静态破碎剂的填充址与孔径增加量的立方成正比，孔壁受力面积与孔径增加量的平方成正比[1-2]。在特定的范围内，静态破碎剂的膨胀压力随孔径的增大而增加[7]，如图1所示，膨胀压（P）与孔径（d）存在的关系如下：
P=kdn
式中：k与破碎介质和儿何尺寸有关；n为指数。
图1 孔径与切向拉应力的关系
传统小孔径爆破，静态破碎剂反应后浆体迅速固化，当固化形成后，炮孔空间封闭，膨胀压力趋于稳定。用大孔径静态爆破技术破碎切割大孤石时，在开孔孔径增大的同时，浆体固化封闭的方式对于过大的膨胀压力封堵效果较差，极易发生危险的冲孔现象[8]。遂采用一种大孔径静态爆破使用的堵孔装置扩孔后将炮孔堵塞住，减少了破碎等待时间，提高静态爆破的效率。
图2 堵孔施工示意图
3.3 爆破工艺
大孔径静态爆破加堵孔装置施工工艺流程为：爆破结构调查→爆破设计→钻孔→液压扩孔钻头在下部扩孔→选择破碎剂→充埴灌注→利用堵孔装置将炮孔堵塞住，并用碎石和土壤将炮孔堵塞严实→二次破碎→消理。
爆破前应对建筑物构造性质、作业环境、工程量、要求破碎程度、二次破碎方法、工期要求、气候条件、钢筋规格及布筋情况进行详细调查；了解岩石性质节理走向和地下水情况；设计时，应根据爆破对象的实际情况（材料种类、配筋情况、岩石性状破碎或切割的块度等、确定所需钻孔参数），确定钻孔分布、孔径、孔距、药量计算等和爆破程序。
3.3.1 技术参数
（1）由于此种方法的爆破主体主要选用坚硬的、弹性较差、限制性好的的介质，所以本文讨论的施工参数均以岩石或混凝土为主。根据爆破主体材质及体积情况，使用不同的静态爆破剂应选用不同参数，本文破碎剂采用常规的SCA破碎剂作为参数标准分析，其参数如表1：
表1 静态爆破施工技术参数
Table1 Technical parameters of static blasting construction
注：1、H为物体计划破碎高度
2、排拒b=（0.6~0.9）a
3.3.2 药量计算
（1）静态爆破药量需基本填满空孔，用药量按照空孔总长计算，并随孔径、孔距而异，破碎剂用量Q可用下式计算：
Q=V·q
式中：V破碎体体积；q为单位体积消耗破碎剂量（kg/m3）。
（2）单位孔长装药量可参考表2：
表2 单位孔长装药量
Table1 Technical parameters of static blasting construction
破裂体类别单位体积用药量/（kg/m3）
软质岩8-10
中硬质岩10-15
硬质岩石12-20
石材切割5-15
素混凝土8-15
孤石5-10
根据爆破对象的实际情况确定钻孔分布、孔径、孔距、药量计算等后即可进行爆破施工。
方案选择即需要根据施工要求及现场情况决定，可采用静态爆破破碎的方案，减少后续作业对保留结构的扰动。该方案具有工期适宜、造价低、能保留原状土、占用场地时间短及对结构扰动较小等优点，但对施工技术要求较高，施工时需密切注意安全。
参考文献
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论文作者:贺凯,孙冬雪,梁崇浩
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年11期
论文发表时间:2019/9/17
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