控制爆破在京沪高铁大汶河特大桥桩基础施工中的应用

来源 :中国地质大学(武汉) | 被引量 : 0次 | 上传用户:cxr1682000
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传统的冲击钻成孔工艺是通过卷扬机将钻头提起,然后让钻头从空中自由下落,利用钻头自重将桩位的岩体击碎成小颗粒,然后由泥浆悬浮在桩孔内,最后由泥浆泵将泥浆和岩石小颗粒的混合体抽出孔外。该施工工艺简单、操作方便,在桩位为土质地基或者桩位岩石相对破碎、无不良地质条件、地基承载力小于1000kPa时,施工效率高。当桩位岩石比较完整、承载力大于1000kPa或者岩层出现倾斜岩面时施工效率明显降低。   京沪高速铁路大汶河特大桥地处岩溶地区,岩溶地区桩基础因其特殊的地质情况——溶洞发育的不规则性、分布的不确定性、溶洞孔壁的不稳定性、溶洞内填充情况的不确定性、以及是否漏水等复杂地质条件给岩溶地区钻进成孔带来了巨大困难,施工过程中经常出现漏浆、塌孔、偏孔、弯孔等施工问题,施工效率低下,施工质量难以控制,一些桥墩的桩基施工甚至达到了无法进行下去的困境。如何提高冲击钻在岩溶地区的施工效率,是施工单位迫切需要解决的问题。   目前国内外对于岩溶地区钻孔灌注桩的研究,主要是针对具体工程施工方案的描述和施工故障及处理措施,多是采用比较成熟的处理方案,包括抛填片石、粘土互换处理、超前预注浆、钢护筒跟进等等。上述这三种岩溶处理的方法能够很好的解决岩溶带来的地质问题,施工质量也能够满足技术规范的要求,但是施工效率都比较低下。国内一些工程桩基施工中采用控制爆破技术来提高钻孔桩施工效率,但是实施的载体是在工后沉降要求不是很严格的有碴铁路和高速公路项目,并没有应用在工后要求“零沉降”的高速铁路中。同时文中论述的内容也都是一些施工经验的总结,对如何控制爆破后孔壁和桩底岩石的完整性并没有进行系统的研究。   爆破是炸药瞬间释放能量,对周围介质做功的过程。它不仅能对需要破碎的岩体进行破碎,也会影响到需要保留岩体的结构完整性。炸药在无限介质中爆炸后,炸药附近会形成一定范围的空腔(即压缩圈),同时自装药中心向外依次会形成压碎圈、裂隙圈和震动圈。在压碎圈内,岩石被完全破坏并产生较大的塑性变形,形成一系列与径向方向成45°的滑移面。在裂隙圈内,岩石自身结构没有发生变化,但形成辐射状的径向裂隙,有时在径向裂隙之间还形成有环状的切向裂隙。震动圈内的岩石没有任何破坏,只发生震动,其强度随距爆炸中心的距离增大而逐渐减弱,以致完全消失。   桩基的控制爆破技术,就是利用炸药爆炸后产生的能量将岩石破碎,从而达到破坏桩位岩体结构、降低岩石强度和地基承载力的目的,并能够根据炸药破坏的规律,将爆破产生的破坏控制在合理的范围内,而不影响地基的整体稳定性。   本课题依托京沪高铁大汶河特大桥桩基础施工,通过对传统的岩溶地区钻孔桩处理方法进行分析总结,从冲击钻成孔原理入手,通过对实际地质条件的分析,理论研究和计算、并结合实际的施工经验,将控制爆破技术引入到新建京沪高速铁路大汶河特大桥桩基础施工中,提出了适用于岩溶地区的桩基础控制爆破技术,以便解决冲击钻在岩溶地区施工效率低下的问题。   岩溶地区桩基础控制爆破技术详细划分为水下裸露药包爆破、水下钻孔爆破和陆上钻孔爆破三种控制爆破施工技术。这三种爆破技术都是基于对孔壁岩石完整性的控制、孔底岩石完整性的控制、对爆破周边已经施工完成桩基质点振速的控制及爆破飞散物的控制四个方面来进行的。本文对以上三种控制爆破技术的爆破方式、爆破网孔参数的设计、施工的安全和技术质量控制方法进行了比较详细的阐述,通过工程实践对爆破参数进行了优化,总结了三种爆破技术优缺点,并提出了它们的适用范围。   水下裸露药包爆破操作简单,一次适用炸药量较多,但是爆破能量散失较多,爆破效率比较低,产生的地震效应也比较大,爆破点距离邻近桩基又比较严格的距离要求,它更适用于桩孔内存在石笋、石柱或者需要进行少量爆破的情况。   陆上钻孔爆破相对于水下钻孔爆破工序更简单,更容易操作,是岩溶地区处理坚硬岩石和倾斜岩面比较理想的控制爆破技术,而水下钻孔爆破则更适用于桩孔内溶洞较多,需要进行边钻孔边爆破的情况。   桩基础控制爆破施工技术能够从根本上解决岩溶地区冲击钻施工效率低下的问题,同对比的数据来看,在地质条件类似的情况下冲击钻施工效率平均可以提高1.5~2.0倍,最高的可以提高4倍左右。它从一定程度上丰富了岩溶地区桩基础施工技术,为类似工程提供了经验借鉴,起到了提高施工效率,节约施工成本的目的。   该项施工技术在新建京沪高速铁路大汶河特大桥桩基施工中得到了应用,确保了工期和节点目标的完成,取得了不错的经济效益和社会效益。
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