静态膨胀预裂爆破技术在公路施工中应用

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1、静态膨胀预裂爆破技术在公路施工中应用　　摘要：静态膨胀破碎预裂公路路基岩石是一项科学、经济、适用的技术，具有十分良好的应用价值。通过实际工程的应用，分析了提出静态膨胀预裂爆破机理，介绍了静态膨胀破碎剂施工技术参数的选取方法、施工工艺流程及操作要点和安全和环保措施，为进一步在工程总推广应用提供了有益的经验。关键词：静态膨胀破碎公路工程石方爆破中图分类号：U416.1+13文献标识码：A文章编号：1672-3791（2013）03（a）-0047-0413岩石开挖是公路路基施工的重要施工内容，坚硬岩石施工目前一般采用炸药爆破、装载机装卸、汽车运输方式。对于周边有建筑物或对爆破

2、敏感区域，石方量又较大时，无法采用传统的爆破施工工艺，同时仅采用机械开挖又效率极低，施工成本大，工期不能满足要求，这样的事例较为常见。目前，我国实行严格的民爆器材、作业的管理制度，安全警戒距离不少于200m。温州和丽水市某二级公路一段石方路基靠近一个村庄，传统的爆破作业扰民非常严重，如迁移民房需花费数千万元安置费用。开挖石方路基时，最后采取了单一的机械挖掘作业，费用十分昂贵，还延误了工期。由此，石方路基采用静态膨胀破碎剂预裂机械破碎开挖施工工艺，费用、工期、安全、质量都得到了较好地控制，村民反映良好，工程进展顺利，体现了施工文明，为维护社会稳定、建设和谐社会作出努力。1静

3、态膨胀预裂爆破机理1.1力学机理静态膨胀破碎剂通常呈粉末状散粒体，使用前按适当的比例加水拌和，然后装填在岩石中，经过一定时间的水化反应，产生膨胀压力，如图1所示。将岩石模拟为厚壁圆筒弹性体，填充静态膨胀破碎剂的半径为r1，r2，其内部作用的压力为P，任意半径处的切向拉伸应力为，则：（1）岩石为脆性材料，抗拉强度远小于抗压应力。一般岩石的抗拉强度为5～10MPa，静态膨胀破碎剂可产生30～50MPa的膨胀力。当切向膨胀力大于岩石抗拉强度时，岩石便产生裂缝而破坏。图2为膨胀破碎剂预裂示意图。2.2化学机理静态膨胀破碎剂主要以、无机盐化合物和有机复合剂组成，加水后产生膨胀性的结

4、晶水化物，其中氧化钙（）的化学反应如下式：（2）由于氧化钙的密度为3.3513kg/cm3，氢氧化钙的密度为2.24kg/cm3，在总质量不变的条件下，体积膨胀了49.6%，这就是静态膨胀破碎剂的化学原因。2静态膨胀破碎剂施工技术参数根据现场岩石的材质、裂隙尺寸和破碎的要求，设计计算出破碎参数，并选用对应钻孔设备和钻孔工具。破碎参数包括孔径、孔距、孔深、排距、最小抵抗线、破碎体剂的用量和炮孔排列。2.1孔径孔径是影响破碎效果的重要因素。孔径越大，破碎剂的装入量就越多，产生的膨胀压力也越大，破碎效果也就越好，同时产生的热量也越多，温度上升也越高，最后导致破碎剂浆体的喷出，所

5、以孔径不宜过大。另外孔径由钻孔设备的性能确定，孔径越大，钻孔速度下降越显著。因此，视岩石的坚硬程度孔径选择为30～50mm。2.2孔距当其他条件不变时，孔距越小，开裂越容易，破碎所需时间也越短。但孔距越小，孔数增多，必然后增加钻孔工作量和破碎剂的消耗量。因此，对于不同的破碎对象，确定出可行的最大孔距，以达到最好的技术经济效果。13影响孔距的因素主要有：被破碎体的抗拉强度、破碎剂的膨胀压力和钻孔孔径，当其它条件不变时，抗拉强度越高，孔距应越小；反之，则可增大。另外，膨胀压力和孔径越大，孔距应越大；反之，则应减小。孔距的大小可用下式来求得：（3）式中：a为孔距，cm；d为孔径

6、，cm；k为破碎系数，若使用普通型破碎剂时，k值可从表1中选取。2.3孔深炮孔深度与被破碎体的高度（或宽度）有关。当被破碎体的高度和其它条件相同时，炮孔深度大的比炮孔深度小的更容易开裂，破碎效果也更好，它们之间的关系可用式4表示：（4）式中：L为孔深，m；H为被破碎体的高度或破碎高度，m；为孔深系数，与约束条件有关。对于硬质岩石或孤石～；对于软质岩石。2.4排距和最小抵抗线炮孔排距的大小与破碎剂膨胀压力的大小、被破碎体的强度和自由面的多少有关。膨胀压力大、被破碎的强度小和自由面多，可取大值，反之，则取小值。在静态破碎中，最小抵抗线的大小因根据介质的强度、形状大小、孔径、节

7、理以及要求破碎的块度等因素由图3和表2来确定。132.5破碎剂的选型和用量普通型破碎剂，它们共同特点是呈粉末状，水反应速度较慢，膨胀压力上升也较慢，破碎能力小和介质的破裂时间长，新型速效静态胀裂剂，呈颗粒状结构，可以加速水反应和有利于膨胀压力的迅速上升，30min后出现30～50MPa的膨胀压力，工艺比较简单。破碎剂的用量是影响破碎效果的主要因素。当炮孔布置方式和有关的破裂参数确定好以后，用药量可按下面两种方式确定。2.5.1按每米炮孔装药量计算（5）式中：Q为个炮孔的用药量或一次破碎的总用药量，kg；为损耗率，采用0.05～