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【摘 要】静态破碎技术具有无震动、无冲击波、无飞石等优点，近年来已广泛应用于破碎坚硬岩石和拆除各种混凝土施工中。本文以平昌县某边坡危岩处治工程为例，介绍静态破碎的各项设计参数，分析施工成本，同时指出了使用该技术的局限性。
【关键词】静态破碎剂；设计参数；边坡；危岩
Static Breaking Technology In Dangerous rock Control Project Application
Liu De-bing1,2,Tan Chun-yang2,Chen Guang-jian2, Li Yi2
(1.No. 137 Geological Team , Sichuan Bureau of Coal Geology Dazhou Sichuan 635006;
2.Sichuan Shudong Geological Investigation Design & Research Institute Dazhou Sichuan 635006)
【Abstract】The static breaking technology has without the vibration, stone merits and so on does not have the shock-wave, not flies, in recent years widely has applied in the stave hard rock and demolishes in each kind of concrete construction. In this paper, Pingchang project as an example of a steep slope dangerous rock control, introduced the static state stave each design parameters, the analysis construction cost, had simultaneously pointed out uses this technical the limitation.
【Key words】Soundless Cracking Agent;Design Parameters;Slope;Dangerous Rock
1. 引言
静态破碎是20世纪80年代末至90年代初兴起的一种新型爆破开挖技术，魏承景,谢逢午［1 ］，冯彧雷［2 ］，张爱莉，姚刚［3 ］等已对其进行了一定的研究。静态破碎就是利用静态破碎剂（英文名：Soundless Cracking Agent，简称SCA，也称无声炸药、破石剂、裂石剂）水化后，体积大量膨胀对孔壁产生径向压力，当径向压力在孔壁切向上引起的拉应力大于岩石的抗拉强度时，岩石就被破碎［1－3 ］。与普通爆破技术相比，静态破碎技术具有安全、无噪音、无震动、无飞石、无硝烟，无污染、不影响周围环境及安全性高等诸多优点。基于这些优点，该技术也被应用于抗滑桩坚硬岩石开挖中［4 ］。
目前，对该技术在危岩处治中的应用、施工成本分析以及应用的局限性论述较少。本文以四川平昌县金佛望江名都住宅小区边坡危岩治理工程为例，介绍静态破碎的各项设计参数选取，分析其施工成本，为该技术在类似的危岩工程治理中的应用提供参考。
2. 工程概况
平昌县金佛望江名都住宅小区边坡高陡，连绵分布长约400m，坡高20～35m，坡度70～90°，为反向斜坡，边坡下方过境的S202省道为平昌城区繁华路段。区内分布地层主要有第四系人工填土(Q4me)和坡残积层(Q4el+dl)以及侏罗系上统蓬莱镇组(J3p)地层。据调查访问，近年来该路段曾多次发生崩塌落石，造成人员伤害、财产损失。受“5•12”汶川地震影响，该段边坡危岩变形有所加剧，稳定性进一步降低［5 ］。边坡上下方原有建筑多临崖而建，危岩一旦发生崩塌，将严重威胁到这些房屋和下方的车辆、行人的安全，并将给社会稳定和居民生产生活带来极严重影响。
在该危岩处治工程中，典型危岩体WY7高约17m、厚约7m、长约20m，体积约2380m3；WY8危岩体位于WY7外侧，高约17.5m、厚约6.5m、长约24m，体积约2730m3，见图1照片1。危岩体立于斜坡上部，岩性为巨厚层砂岩，层面近水平，产状为230°∠3°，节理裂隙较发育，少量泥质填充。危岩体平面呈不规则体四边形，立面为块状，局部临空外悬，可能产生滑塌式破坏，必须进行清除、排危处理，见图2。
由于WY7、WY8危岩体距离下方建筑和S202省道较近，无法采用常规的爆破方法进行施工，为保证施工安全和施工进度，在该边坡危岩处治施工中采用了静态破碎技术，效果较好。
3. 破碎剂选择
目前国内生产的静态破碎剂种类很多，不同厂家、不同种类、不同规格型号、不同批次、不同比例的反应时间和膨胀率都不一样［3－4 ］。本工程选用的四川省珙县建洪化工厂生产的“超力牌”静态破碎剂，该产品为浅灰白色粉末，具有膨胀力大、反应时间短等特点。经相关文献［1－3 ］统计，其最大膨胀力约122MPa，最大膨胀力出现最短时间为10min。
图1照片1清除前典型危岩体WY7、WY8
图2 典型危岩体WY8剖面示意图
4. 设计参数
4.1 孔距与排距布置
静态破碎钻孔的孔距、排距的大小与岩石硬度、混凝土强度及钢筋布置有直接关系，硬度越大、混凝土强度越高、布筋越密、钢筋越粗时，孔距与排距越小，反之则大。孔距、排距与破碎介质类别或硬度关系见图3所示，图中“F”为岩石普氏硬度系数。
图3孔距、排距与破碎介质关系示意图
据勘查［6 ］，危岩属坚固砂岩，参照岩石硬度等级划分标准（见表1），岩石级别为IIIa，普氏硬度系数F=8。本工程选用的“超力牌”静态破碎剂布孔相关设计参数见表2。综合考虑拟清除危岩体的临空面情况，选取孔距为30cm，排距为30～40cm，钻孔成梅花形交错布置。
采用“从上到下，由外及里”的施工顺序，呈台阶状分级、分层清除危岩体。由于静态破碎剂对危岩的破坏作用只是产生若干裂缝，岩石碎块依靠这些裂缝啮合在一起仍很紧密，因此不能直接清除，需用风镐配合将岩石破碎松散后才能进行。危岩体破碎后的块石截面大致为0.3×0.3m，质量较好的可供砌石工程使用。
图4 分层破碎后的孔深及孔距痕迹
图5 危岩体在装药后逐渐开裂破碎
4.2 钻孔直径及深度。
钻孔直径与危岩体破碎效果有直接关系，钻孔过小，不利于破碎剂充分发挥效力；钻孔太大，易造成冲孔。本工程取直径为40mm的钻头，采用风钻成孔。钻孔深度根据危岩体裂隙发育情况确定，取1.0～1.5m，见图4。
4.3 装药破碎。
装药深度为孔深的100%。装药前用高压风将钻孔内余水、余渣吹洗干净，孔口旁清理干净至无土石渣后，将破碎剂加重量比为30%的水拌成流质状（充分搅拌后略有余水），迅速倒入孔内并用略小于钻孔的木棍捣固密实。在危岩体开裂后，立即向裂缝中加水，以支持破碎剂持续反应。
根据施工现场条件，反应时间控制在30～45min，以便在危岩体上的施工人员撤离至安全地带。通过现场观察，危岩体在装药后40min左右开裂，在3h左右基本达到破碎目的，见图5。
破碎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（或混凝土）的温度。
气温较低，药剂反应时间会相应延长，一般解决办法是加入促发剂和提高拌和水温度。促发剂加入过多，也会降低药剂膨胀力。拌和水温可根据实际适当提高，但最高不可超过50℃。
5. 安全措施
5.1 设置安全警戒线，严禁无关人员入内。在S202省道内侧搭设多排钢管防护架，并在防护架内侧地面铺设松散土方做落石缓冲层。
5.2 冲孔现象是不可预见和不可完全控制的。为防止伤人事故，操作人员必须戴符合国家安全标准生产的防冲击防尘PVC护目镜进行操作。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。
5.3 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入破碎剂［7 ］。
6. 结语
6.1 实践证明，本工程所采取静态破碎的施工工艺、施工方法和技术处理措施，能够保证城区繁华路段危岩处治的施工安全以及施工进度，对类似工程具有一定的借鉴意义。
6.2 经笔者测算，采用静态破碎的成本约为45～55元/m3，远远低于危岩处治工程中传统的人工凿石排危施工成本（约120～180元/m3），但也高于普通爆破（明爆）作业成本（约20～30元/m3）,实际工程中应选择性使用。
6.3 静态破碎是不方便使用炸药的情况下破碎岩石、混凝土的新方法，静态破碎剂的膨胀作用原理决定其只能利用、创造临空面，密集钻孔，分批破碎。静态破碎是控制爆破的发展和补充，有其使用的局限性，比如：混凝土内钢筋粗、密、呈笼状布列的构件，不宜采用静态破碎；巷道、宽深比<1.0的沟槽开挖、临空面不理想的地方，以及高耸构件拆除等，都不宜采用静态破碎。
6.4 针对静态破碎剂的使用受温度影响较大的特点，为方便使用和提高破碎效果，建议相关厂家实行“温度订制式”生产，根据各地气温及需破碎材质的不同，配制出适合各地、各工程材料使用的、更具针对性、效果更好的产品。
参考文献
［1］ 魏承景,谢逢午.静态破碎技术［M］,南宁,广西科技出版社,1989.
［2］ 冯彧雷.静态破碎技术的研究［J］,黑龙江科技信息,2010,(4):23.
［3］ 张爱莉,姚刚.静态爆破的设计及应用［J］,建筑技术,2002,33(6)：420-422.
［4］ 亢会明,刘涛,张建良.静态破碎剂在抗滑桩坚硬岩石开挖中的应用［J］,施工技术,2004,33(9).
［5］ 四川蜀东地质勘察设计研究院，平昌县望江名都住宅小区边坡危岩治理工程施工图设计［R］，2009.
［6］ 四川煤田地质一三七总公司，平昌县金佛望江明都花园场地工程地质勘察报告［R］，2005.
［7］ 刘键.静态爆破研究、爆破与安全［M］,武汉,湖北科技出版社,1984.
［文章编号］1619-2737（2011）04-09-81
［作者简介］ 刘德兵(1977-)，男，籍贯：四川岳池人，学历：本科，职称：工程师，主要从事地质灾害勘查、评价与防治技术研究工作。
注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
【关键词】静态破碎剂；设计参数；边坡；危岩
Static Breaking Technology In Dangerous rock Control Project Application
Liu De-bing1,2,Tan Chun-yang2,Chen Guang-jian2, Li Yi2
(1.No. 137 Geological Team , Sichuan Bureau of Coal Geology Dazhou Sichuan 635006;
2.Sichuan Shudong Geological Investigation Design & Research Institute Dazhou Sichuan 635006)
【Abstract】The static breaking technology has without the vibration, stone merits and so on does not have the shock-wave, not flies, in recent years widely has applied in the stave hard rock and demolishes in each kind of concrete construction. In this paper, Pingchang project as an example of a steep slope dangerous rock control, introduced the static state stave each design parameters, the analysis construction cost, had simultaneously pointed out uses this technical the limitation.
【Key words】Soundless Cracking Agent;Design Parameters;Slope;Dangerous Rock
1. 引言
静态破碎是20世纪80年代末至90年代初兴起的一种新型爆破开挖技术，魏承景,谢逢午［1 ］，冯彧雷［2 ］，张爱莉，姚刚［3 ］等已对其进行了一定的研究。静态破碎就是利用静态破碎剂（英文名：Soundless Cracking Agent，简称SCA，也称无声炸药、破石剂、裂石剂）水化后，体积大量膨胀对孔壁产生径向压力，当径向压力在孔壁切向上引起的拉应力大于岩石的抗拉强度时，岩石就被破碎［1－3 ］。与普通爆破技术相比，静态破碎技术具有安全、无噪音、无震动、无飞石、无硝烟，无污染、不影响周围环境及安全性高等诸多优点。基于这些优点，该技术也被应用于抗滑桩坚硬岩石开挖中［4 ］。
目前，对该技术在危岩处治中的应用、施工成本分析以及应用的局限性论述较少。本文以四川平昌县金佛望江名都住宅小区边坡危岩治理工程为例，介绍静态破碎的各项设计参数选取，分析其施工成本，为该技术在类似的危岩工程治理中的应用提供参考。
2. 工程概况
平昌县金佛望江名都住宅小区边坡高陡，连绵分布长约400m，坡高20～35m，坡度70～90°，为反向斜坡，边坡下方过境的S202省道为平昌城区繁华路段。区内分布地层主要有第四系人工填土(Q4me)和坡残积层(Q4el+dl)以及侏罗系上统蓬莱镇组(J3p)地层。据调查访问，近年来该路段曾多次发生崩塌落石，造成人员伤害、财产损失。受“5•12”汶川地震影响，该段边坡危岩变形有所加剧，稳定性进一步降低［5 ］。边坡上下方原有建筑多临崖而建，危岩一旦发生崩塌，将严重威胁到这些房屋和下方的车辆、行人的安全，并将给社会稳定和居民生产生活带来极严重影响。
在该危岩处治工程中，典型危岩体WY7高约17m、厚约7m、长约20m，体积约2380m3；WY8危岩体位于WY7外侧，高约17.5m、厚约6.5m、长约24m，体积约2730m3，见图1照片1。危岩体立于斜坡上部，岩性为巨厚层砂岩，层面近水平，产状为230°∠3°，节理裂隙较发育，少量泥质填充。危岩体平面呈不规则体四边形，立面为块状，局部临空外悬，可能产生滑塌式破坏，必须进行清除、排危处理，见图2。
由于WY7、WY8危岩体距离下方建筑和S202省道较近，无法采用常规的爆破方法进行施工，为保证施工安全和施工进度，在该边坡危岩处治施工中采用了静态破碎技术，效果较好。
3. 破碎剂选择
目前国内生产的静态破碎剂种类很多，不同厂家、不同种类、不同规格型号、不同批次、不同比例的反应时间和膨胀率都不一样［3－4 ］。本工程选用的四川省珙县建洪化工厂生产的“超力牌”静态破碎剂，该产品为浅灰白色粉末，具有膨胀力大、反应时间短等特点。经相关文献［1－3 ］统计，其最大膨胀力约122MPa，最大膨胀力出现最短时间为10min。
图1照片1清除前典型危岩体WY7、WY8
图2 典型危岩体WY8剖面示意图
4. 设计参数
4.1 孔距与排距布置
静态破碎钻孔的孔距、排距的大小与岩石硬度、混凝土强度及钢筋布置有直接关系，硬度越大、混凝土强度越高、布筋越密、钢筋越粗时，孔距与排距越小，反之则大。孔距、排距与破碎介质类别或硬度关系见图3所示，图中“F”为岩石普氏硬度系数。
图3孔距、排距与破碎介质关系示意图
据勘查［6 ］，危岩属坚固砂岩，参照岩石硬度等级划分标准（见表1），岩石级别为IIIa，普氏硬度系数F=8。本工程选用的“超力牌”静态破碎剂布孔相关设计参数见表2。综合考虑拟清除危岩体的临空面情况，选取孔距为30cm，排距为30～40cm，钻孔成梅花形交错布置。
采用“从上到下，由外及里”的施工顺序，呈台阶状分级、分层清除危岩体。由于静态破碎剂对危岩的破坏作用只是产生若干裂缝，岩石碎块依靠这些裂缝啮合在一起仍很紧密，因此不能直接清除，需用风镐配合将岩石破碎松散后才能进行。危岩体破碎后的块石截面大致为0.3×0.3m，质量较好的可供砌石工程使用。
图4 分层破碎后的孔深及孔距痕迹
图5 危岩体在装药后逐渐开裂破碎
4.2 钻孔直径及深度。
钻孔直径与危岩体破碎效果有直接关系，钻孔过小，不利于破碎剂充分发挥效力；钻孔太大，易造成冲孔。本工程取直径为40mm的钻头，采用风钻成孔。钻孔深度根据危岩体裂隙发育情况确定，取1.0～1.5m，见图4。
4.3 装药破碎。
装药深度为孔深的100%。装药前用高压风将钻孔内余水、余渣吹洗干净，孔口旁清理干净至无土石渣后，将破碎剂加重量比为30%的水拌成流质状（充分搅拌后略有余水），迅速倒入孔内并用略小于钻孔的木棍捣固密实。在危岩体开裂后，立即向裂缝中加水，以支持破碎剂持续反应。
根据施工现场条件，反应时间控制在30～45min，以便在危岩体上的施工人员撤离至安全地带。通过现场观察，危岩体在装药后40min左右开裂，在3h左右基本达到破碎目的，见图5。
破碎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（或混凝土）的温度。
气温较低，药剂反应时间会相应延长，一般解决办法是加入促发剂和提高拌和水温度。促发剂加入过多，也会降低药剂膨胀力。拌和水温可根据实际适当提高，但最高不可超过50℃。
5. 安全措施
5.1 设置安全警戒线，严禁无关人员入内。在S202省道内侧搭设多排钢管防护架，并在防护架内侧地面铺设松散土方做落石缓冲层。
5.2 冲孔现象是不可预见和不可完全控制的。为防止伤人事故，操作人员必须戴符合国家安全标准生产的防冲击防尘PVC护目镜进行操作。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。
5.3 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入破碎剂［7 ］。
6. 结语
6.1 实践证明，本工程所采取静态破碎的施工工艺、施工方法和技术处理措施，能够保证城区繁华路段危岩处治的施工安全以及施工进度，对类似工程具有一定的借鉴意义。
6.2 经笔者测算，采用静态破碎的成本约为45～55元/m3，远远低于危岩处治工程中传统的人工凿石排危施工成本（约120～180元/m3），但也高于普通爆破（明爆）作业成本（约20～30元/m3）,实际工程中应选择性使用。
6.3 静态破碎是不方便使用炸药的情况下破碎岩石、混凝土的新方法，静态破碎剂的膨胀作用原理决定其只能利用、创造临空面，密集钻孔，分批破碎。静态破碎是控制爆破的发展和补充，有其使用的局限性，比如：混凝土内钢筋粗、密、呈笼状布列的构件，不宜采用静态破碎；巷道、宽深比<1.0的沟槽开挖、临空面不理想的地方，以及高耸构件拆除等，都不宜采用静态破碎。
6.4 针对静态破碎剂的使用受温度影响较大的特点，为方便使用和提高破碎效果，建议相关厂家实行“温度订制式”生产，根据各地气温及需破碎材质的不同，配制出适合各地、各工程材料使用的、更具针对性、效果更好的产品。
参考文献
［1］ 魏承景,谢逢午.静态破碎技术［M］,南宁,广西科技出版社,1989.
［2］ 冯彧雷.静态破碎技术的研究［J］,黑龙江科技信息,2010,(4):23.
［3］ 张爱莉,姚刚.静态爆破的设计及应用［J］,建筑技术,2002,33(6)：420-422.
［4］ 亢会明,刘涛,张建良.静态破碎剂在抗滑桩坚硬岩石开挖中的应用［J］,施工技术,2004,33(9).
［5］ 四川蜀东地质勘察设计研究院，平昌县望江名都住宅小区边坡危岩治理工程施工图设计［R］，2009.
［6］ 四川煤田地质一三七总公司，平昌县金佛望江明都花园场地工程地质勘察报告［R］，2005.
［7］ 刘键.静态爆破研究、爆破与安全［M］,武汉,湖北科技出版社,1984.
［文章编号］1619-2737（2011）04-09-81
［作者简介］ 刘德兵(1977-)，男，籍贯：四川岳池人，学历：本科，职称：工程师，主要从事地质灾害勘查、评价与防治技术研究工作。
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