摘要：城市市区建筑物毗邻较近，周边地铁、道路等环境复杂，新建建筑基底岩层破除不允许使用常规爆破。静力爆破作为一种安全可靠、操作简单且比较经济的拆除方法应运而生并得到了广泛的推广应用。本文对静力爆破施工的工艺流程、操作要点等进行了阐述，希望对类似工程有一定的指导意义。
关键词：静力爆破；静力破碎剂；岩层；破除
前言
随着我国建设事业的飞速发展，城市建筑密度越来越大，建筑高度越来越高，基底深度越来越深。当拟建建筑物基底位于岩层以下时，如何拆除岩层是面临的一大难题。近几年来，随着我国经济建设的不断发展，城市控制爆破技术在城市建设和改造中，已发挥出越来越大的作用，但是控制爆破产生的振动、冲击、飞石等对周围造成的影响并没有完全消除。然而静力破碎剂的发明完全解决这个长期困扰我们的问题。静力爆破成本低廉、快速高效但由于操作工艺等原因极易造成质量缺陷及安全隐患，蒙受经济损失。为提高爆破质量，保证安全生产，需要正视静力爆破的施工工艺及操作要点。
一.工程概况
青岛东方影都水下棚位于青岛黄岛区灵山卫镇白果树村，薛馆路以北，白果树河以东的影视产业园制作区北部。水下棚主要有水下摄影棚、室外水池和蓝幕、水处理机房及危险化学品库房四部分组成，总建筑面积12500㎡。因距离毛家山较近，基底存在岩层，主要为中等风化花岗岩、中等风化煌斑岩，需破除。
二.技术难点及解决措施
因水下棚工期、周边建筑物及市政道路管网等影响，普通炸药爆破难以满足施工需求，故采用静力爆破。普通炸药爆破与静力爆破施工优缺点比对详见表1。
三．静力爆破的工艺原理及特点
人工或机械造孔后，在静态爆破剂的作用下使岩石涨裂、产生裂缝，再使用破碎锤或风镐解小、破除，从而达到开挖的目的。静态爆破剂是以特殊硅酸盐、氧化钙为主要原料，配合其他有机、无机添加剂而制成的粉状物质，典型的化学反应式为：
CaO＋H2O→Ca（OH）2＋6.5×104 J
式中 CaO——————氧化钙
H2O——————水
Ca（OH）2————氢氧化钙
J———————焦（热量单位）
当氧化钙变成氢氧化钙时，其晶体由立方晶体转变为复三方偏三角面体，这种晶体的转化，会引起晶体体积的膨胀。根据测定，在自由膨胀的前提下，反应后的体积可增长 3～4 倍，其表面积也增大近 100 倍，同时每mol还释放出 6.5×104J的热量。如果将它注入炮孔内，这种膨胀受到孔壁的约束，压力可上升到50Mpa，介质在这种压力作用下会产生径向压缩应力和切向的拉伸应力。
静态爆破剂属于非燃、非爆、无毒物品，是一种含铝、镁、钙、铁、氧、硅、磷、钛等元素的无机盐粉末状破碎剂，使用时按配合比要求用水搅拌后灌入钻孔内，经水化后，产生巨大膨胀压力，并施加给孔壁，将混凝土或岩石悄悄地破碎。在破碎过程中无震动、无飞石、无噪声、无毒、无污染。静态爆破剂不属于危险品，无公害，可按普通货物进行运输和储存，在购买、运输和保管中无任何限制。
四.工艺流程
施工准备→设计布孔→测量定位→钻孔→装药→药剂反应、清渣→进入下一层循环施工。
五.操作要点
1.施工准备
对于岩石破碎需要了解岩石性质、节理、走向及地下水情况。钻孔参数、钻孔分布和破碎顺序则需要根据破碎对象的实际情况确定。另外静态破碎剂的效力和初始开裂时间，除了与原料配合比有关外，还与施工当时气温、水温、水灰比、孔径、孔距、钻孔布置、灌浆时间和速度、操作人员的经验等因素有很大关系。
2.设计布孔
布眼前首先要确定至少有一个以上临空面，钻孔方向应尽可能做到与临空面平行，临空面（自由面）越多，单位破石量越大，效果也更好。切割岩石时同一排钻孔应尽可能保持在一个平面上。孔距与排距的大小根据岩石的硬度程度调整，硬度越大时，孔距与排距越小，反之则大。孔距越小，开裂越容易，开裂时间越短，但考虑施工成本等因素，孔距不宜太小。可参考表2。
孔距计算公式：a=k*d
式中：a-孔距；d-孔径；
k-破碎系数，对于花岗岩取值范围为5～7（本工程为花岗岩中等风化，k=5）。
本工程孔径为4cm，因此孔距为20cm，即纵横向每20cm设置一个爆破孔。
3.钻孔
钻孔直径与破碎效果有直接关系，钻孔过小，不利于药剂充分发挥效力；钻孔太大，易冲孔。推荐用直径38～42mm的钻头。本工程采用直径40mm的钻头进行钻孔。钻孔内余水和余渣应用高压风吹洗干净，孔口旁应干净无土石渣。
4.钻孔深度和装药深度
钻孔深度可根据施工要求选择，一般在1～2m较好。本工程室外拍摄水池深水箱基底有3块区域需爆破岩层厚度为0.5m，深水箱北侧集水坑需爆破岩层厚度为1.5m，水处理机房泵坑处需爆破岩层厚度约2m，室外水池西侧管沟需爆破岩层厚度约为2.5m，钻孔深度控制在0.5～1m之间。装药深度为钻孔深度的 100%。
5.装药
普通型破碎剂国内一般用SCA或JC-1型，根据施工阶段温度情况，本工程选择SCA-IV型破碎剂。
静态破碎剂爆破每孔用药量可按下式计算：Q=πR2×L×K，式中：Q-每孔的破碎剂重量（Kg）；R-钻孔半径（m）；L-钻孔深度（m）；K-每立方SCA浆体中SCA重量（Kg/m³），可由表3取用。
本工程每孔每米用药量：Q=πR2×L×K=3.14×0.022×1×1650=2.07kg，具体数量根据钻孔深度进行计算即可。
装药前先将药剂加30%的水（重量比）拌成流质状（充分搅拌后略有余水）后，迅速倒入孔内并用略小于钻孔的捅杆捣实捅紧，特别长的钻孔，可多分几段，逐段捅实。
岩石发现裂缝后，立即向裂缝中加水，以支持药剂持续反应，加水后效果明显，裂缝加大。
采用分三小组同时灌装的方式，每小组由主副两名灌装手组成。取药搅拌时，主灌装手负责灌装进孔，副灌装手负责捅紧捣实。各小组采用“同步操作，少拌勤装”的方式。即：每组施工工人在每次操作循环过程中负责装孔的孔数不能过多。每次拌药量不能超过实际能够完成的工作量。工人们在取药、加水、拌和、灌装过程中应基本保持同步。这样，可以让每个钻孔内的最大膨胀压能够基本保持同期出现，有利于岩石的破碎。
每次装填药剂，都要观察确定岩石孔壁、药剂、拌和水、搅拌桶的温度是不是符合要求。灌装过程中，药剂温度大于60oC时不允许装入孔内。从药剂加入拌和水到灌装结束，这个过程的时间不应该超过5分钟；操作时应注意观察装填孔，发现有气体冒出有“嘶嘶”声时，喷孔可能立刻就要发生，要立即停止装药。
位于地下水以下的钻孔装药需先将套筒插入钻孔内，然后往套筒内装药，从而使药剂发挥最大的效力。
6.药剂反应时间的控制
药剂反应的快慢与温度有直接的关系，温度越高，反应时间越快，反之则慢。实际操作中，控制药剂反应时间太快的方法有两种，一种是在拌合水中加入抑制剂。另一种方法是严格控制拌和水、干粉药剂和岩石的温度。夏季气温较高，破碎前应对被破碎物遮挡，药剂存放低温入，避免曝晒。将拌合水温度控制在15℃以下。
药剂（卷）反应时间过快易发生冲孔伤人事故，可用延缓反应时间的抑制剂。抑制剂入浸泡药剂（卷）的拌和水中。加入量为拌合水的0.5%～6%。拌和水温最高不可超过50℃。反应时间一般控制在30～60分钟较好，条件较好的施工现场可根据实际情况缩短反应时间，以利于施工。
六．安全措施
1.无关人员不得进入施工现场。
2.采用具有腐蚀性的静力破碎剂作业时，灌浆人员必须戴防护手套和防护眼镜。孔内注入破碎剂后，作业人员应保持安全距离，严禁在注孔区域行走。
3.在相邻的两孔之间，严禁钻孔与注入破碎剂同步进行施工。
4.静力破碎时，发生异常情况，必须停止作业，查清原因并取相应措施确保安全后，方可继续施工。
5.在药剂灌入钻孔到岩石或混凝土开裂前，不可将面部直接近距离面对已装药的钻孔。药剂灌装完成后，盖上麻袋或棕垫，远离装灌点。观察裂隙发展情况时应更加小心。此外施工现场应专门备好清水和毛巾，冲孔时如药剂溅入眼内和皮肤上，应立即用清水冲洗。情况严重者立即送医院清洗治疗。
6.在破碎工程施工中需要改变和控制反应时间，必须依照规定加入抑制剂和促发剂，并按要求配制使用，严禁擅自加入去他任何化学物品。
7.严禁将破碎剂加入水后装入小孔容器内（如玻璃杯、啤酒瓶等）。
8.刚钻完孔和刚冲孔的钻孔，孔壁温度较高。应确定温度正常符合要求并清洗干净后才能继续装药。
9.破碎剂运输和存放中应防潮，开封后请立即使用。如一次未使用完，应立即紧扎袋口，需用时开封。静力破碎剂严禁与其他材料混放。
10.使用破碎剂前请确认操作人员对说明书已仔细阅读并理解。
七.效益分析
静力爆破法是在新的建筑环境下产生的一种施工工艺，在不允许使用炸药爆破以及使用机械、人工作业施工方式费用较高、效率较低的状况下，替代进行破裂拆解施工的粉末状高效率工艺，具有操作简单、安全、工期短、成本低，弥补常规爆破受环境及具体条件限制不足等特点，其经济效益是不可估量的。
1.与人工配合小型机械施工工期比较：因施工条件受限，只能采用人工配合风镐等小型机械施工。由于岩石强度较高，施工进度非常缓慢，一个工人一个班仅能破除约 0.5 立方岩石。而采用静力爆破工期可大幅缩短，根据作业面的大小可以多台风钻同时施工，0.7 米～1 米深孔布孔时间约为 2～3 小时，装药15分钟左右，等待药力发挥作用约要6个小时，一个循环进尺0.8米左右施工耗时8～10 小时，然后采用人工配合风镐进行破碎、清理。
2.本工程静力爆破（场内弃土）不含增值税综合单价291.26元/m3，静态爆破（外运）不含增值税综合单价300.97元/m3，工作内容包含：
（1）测量放线；
（2）地下障碍物（化粪池、钢筋混凝土基础及构筑物等）的清除、人工配合清表；
（3）石方爆破（包括钻孔、装药、爆破、油锤破碎等）；
（4）石方挖运费用（清运、水平及垂直运输、外运土石方、安全防护、抽水通风换气等）；
（5）渣土弃置、弃土的机械推平、压路机或者铲车等机械碾压；
（6）机械进退场；
（7）场（内）外弃土点的机械倒运存放以及修整道路等。
八.结语
静力爆破解决了在某些特殊情况及特殊环境下不允许使用常规炸药爆破来拆除建筑物、岩石等这个长期困扰我们的难题。这种新的爆破方法在某些特殊情况下与常规炸药爆破相比更具有优越性，它既保证了安全要求，又缩短了施工工期，极大地降低了工程施工成本。当然静力爆破也有它的局限性，这就要求我们施工技术人员在施工中针对不同的爆破对象，不同的环境、安全、工期要求，选用最适宜的爆破方法和爆破方案完成施工任务。静力爆破是一种新型的爆破方法，它是常规的炸药爆破的一种发展、延伸，虽然静力爆破技术现阶段在我国还没有炸药爆破技术那样广泛应用，但我们也应当看到静力爆破的前景是非常光明的。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准《爆破安全技术规程》（GB6722-2014）
[2]中华人民共和国行业标准《建筑拆除工程安全技术规范》（JGJ147-2016）
[3]江正荣.建筑施工计算手册.中国建筑工业出版社
论文作者:周禄1,项玲芳2
论文发表刊物:《基层建设》2017年第15期
论文发表时间:2017/9/29
标签：钻孔论文; 静力论文; 药剂论文; 岩层论文; 岩石论文; 时间论文; 操作论文; 《基层建设》2017年第15期论文;