CN104215137A - 坝基及岩石基础爆破开挖方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种坝基及岩石基础爆破开挖方法，包括步骤：步骤1，钻设爆破孔，并在爆破孔底铺设缓冲层；步骤2，将消能座竖直安置于缓冲层上，并装药，消能座采用混凝土制备，所述的混凝土由水泥、水、铁砂和高效减水剂拌和胶凝形成，其中，水灰比为0.24～0.28，铁砂和水泥的质量比为（1.6～3.0）：1，高效减水剂质量为水泥质量的1.0%～2.0%；步骤3，通过雷管进行起爆。本发明操作快捷方便，施工成本低，其通过消能座多次反射爆炸冲击波，诱导爆炸冲击波能量往水平方向聚集，实现相邻爆破孔间岩体的充分破碎，可进一步提高爆破效率，同时进一步减少爆破孔底部损伤，提高开挖面平整度。

Description

坝基及岩石基础爆破开挖方法

技术领域

本发明属于工程爆破技术领域，特别涉及一种坝基及岩石基础爆破开挖方法，应用于大型土木工程的爆破开挖。 

背景技术

大型土木工程中，采用爆破法开挖岩体时普遍存在开挖岩石损伤和保护围岩的相互矛盾；另外，还存在着快速施工与开挖成型难以同时实现、损伤精细控制难等待解决问题。中国西南地区水资源丰富，一大批在建和拟建的水利水电工程普遍面临岩石边坡的大规模快速开挖与边坡马道成型的矛盾，以及岩石基础施工进度与保护层开挖步骤繁琐的矛盾。现有技术中，结合美国、瑞典等国家众多矿山爆破开采的工程经验，传统的深孔台阶爆破施工效率往往很低，且对爆破孔底保留岩体的损伤较大；基于中国西南地区锦屏、溪洛渡等大型水电工程的开挖实践，水平预裂或水平光面爆破可以取得较为令人满意的开挖效果，但施工效率较为低下。 

近年来的爆破孔底设柔性垫层的小梯段孔间顺序起爆法，由于柔性垫层材料对爆破冲击波的缓冲作用有限，爆破孔底损伤依然较大，开挖的建基面起伏差较大，从而导致人工撬挖量较大；同时采用楔形药槽的普通聚能爆破，由于装置聚能效果有限，亦无法取得理想效果。如何提高爆破作业效率、减少爆破损伤，保证建基面平整度仍是目前急需解决的问题。 

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种可进一步提高爆破效率、减少爆破损伤的、保证建基面平整度的坝基及岩石基础爆破开挖方法。 

本发明思路为： 

在成排布置的爆破孔底部设置特定型式的消能座和缓冲层，通过特定型式的消能座多次反射爆炸冲击波，诱导爆炸冲击波能量向水平方向聚集，实现相邻爆破孔间岩体的充分破碎；同时，消能座的破碎和缓冲层的压实可消耗爆炸能量，从而减轻爆破对炮孔底部岩体的损伤，保证建基面的平整度。

为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案： 

坝基及岩石基础爆破开挖方法，包括步骤：

步骤1，钻设爆破孔，并在爆破孔底铺设缓冲层；

步骤2，将消能座竖直安置于缓冲层上，并装药，消能座采用混凝土制备，所述的混凝土由水泥、水、铁砂和高效减水剂拌和胶凝形成，其中，水灰比为0.24～0.28，铁砂和水泥的质量比为（1.6～3.0）：1，高效减水剂质量为水泥质量的1.0%～2.0%；

步骤3，通过雷管进行起爆。

上述消能座为圆柱消能座或锥柱消能座，所述的锥柱消能座包括圆锥结构和圆柱结构。 

当消能座为圆柱消能座时，设置的爆破孔超深深度、缓冲层厚度及圆柱消能座高度应使得：安置于缓冲层上时圆柱消能座顶面与建基面齐平。 

当消能座为锥柱消能座时，设置的爆破孔超深深度、缓冲层厚度及锥柱消能座中圆柱结构高度应使得：安置于缓冲层上时锥柱消能座圆锥结构底面与建基面齐平。 

作为优选，圆柱消能座底面直径比爆破孔直径小15mm~20mm。 

作为优选，锥柱消能座中圆柱结构底面直径比爆破孔直径小15mm~20mm，圆锥结构的母线与底面呈45°，圆锥结构的高为底面直径的一半。 

步骤2具体为： 

将炸药药卷置于消能座上，采用塑料袋包裹消能座和炸药药卷，并采用胶带包扎，然后将塑料袋放入缓冲层上。

步骤3中所述的雷管设置于爆破孔内距爆破孔口d/2~3d/4处，d为爆破孔深度。 

  

和现有技术相比，本发明具有如下优点：

操作快捷方便，施工成本低，其通过消能座多次反射爆炸冲击波，诱导爆炸冲击波能量往水平方向聚集，实现相邻爆破孔间岩体的充分破碎，可进一步提高爆破效率，同时进一步减少爆破孔底部损伤，提高开挖面平整度。

附图说明

图1为本发明方法流程图； 

图2为消能座成型模具结构示意图，其中，图中（a）为圆柱消能座成型模具示意图，图中（b）为锥柱消能座成型模具示意图；

图3为爆破孔装药示意图，其中，图中（a）中爆破孔采用圆柱消能座，图中（b）中爆破孔采用锥柱消能座；

图4为爆破孔振动监测示意图。

图中，1-雷管；2-炸药；3-建基面；4-缓冲层；5-圆柱消能座；6-锥柱消能座；7-爆破孔；8-爆破区；9-爆破投掷方向。 

具体实施方式

    见图1，本发明方法的具体步骤如下： 

步骤1，钻设爆破孔。

钻设爆破孔前做好放样工作，钻设爆破孔时应保证爆破孔底位于同一高程，记录各爆破孔位置放样数据，并备份，方便验孔与现场铺设缓冲层等后续工作的进行。场地找平后，进行测量放样，钻设爆破孔。本具体实施中，用来放置消能座的爆破孔超深深度为50cm，超深深度为找平层和消能座的高度之和。 

步骤2，铺设缓冲层。 

为提供平整的爆破孔底面，在爆破孔底铺设缓冲层。缓冲层主要为人工砂等柔性材料，具体实施时采用量杯量取人工砂进行铺设，人工砂细度模数为2.4~2.8。 

步骤3，在缓冲层上安放消能座，同时进行装药。 

消能座可以为圆柱消能座或锥柱消能座。具体实施时，采用塑料袋包裹消能座和炸药药卷，即，将炸药药卷置于消能座上，采用塑料袋包裹后用胶带包扎；然后，将塑料袋缓慢放入爆破孔底的缓冲层上。若是圆柱消能座，使其顶面与建基面齐平；若是锥柱消能座，使其圆锥底面与建基面齐平。具体实施时，可通过调整爆破孔超深深度和缓冲层厚度来使得圆柱消能座顶面与建基面（3）齐平或使锥柱消能座中圆锥底面与建基面（3）齐平，见图3。具体实施时中，炸药药卷采用乳化炸药药卷。 

为降低成本、方便施工，可采用混凝土制作消能座，该混凝土由水泥、水、铁砂和高效减水剂拌和胶凝形成，其中，水灰比为0.24～0.28，铁砂和水泥的质量比为（1.6～3.0）：1，高效减水剂质量为水泥质量的1.0%～2.0%。采用有机玻璃加工消能座成型模具，具体实施中，消能座成型模具可为圆柱消能座成型模具或锥柱消能座成型模具。圆柱消能座成型模具内径D、高H；锥柱消能座成型模具中圆锥结构的母线和底面呈45°，圆锥结构高D/2，圆柱结构内径D、高h； D以小于爆破孔直径15mm~20mm为宜，设置的H及h选取合适数值即可。 

针对不同孔径爆破孔，本发明提供了表1中所示的消能座尺寸。 

  

表1  消能座尺寸表

步骤4，起爆。

确认安全后通过雷管（1）引爆爆破孔中炸药（2）。起爆方式见图3，Ⅰ区和Ⅱ区均在距爆破孔口d/2~3d/4范围内设置两枚雷管（1），d为爆破孔深度，Ⅰ区爆破孔中放置圆柱消能座，Ⅱ区爆破孔中放置锥柱消能座。 

步骤5，爆破效果检测。 

爆破时，在爆源后冲向布置一条测线进行爆破振动监测，获得爆破振动规律，见图4；爆破后检测爆破孔底起伏差，采用钢卷尺量测试验区爆后残埂高差，用水平绳在残埂最高点牵引一条水平线，量测水平线至残埂最低点的高差；在爆破后实验区中部钻设声波孔，进行单孔声波监测及损伤分析。 

下面通过实施例，并结合附图，对本发明做进一步说明。 

实施例

某水电站左岸坝肩槽开挖，需要减小爆孔底部岩体损伤，并提高施工效率。试验区高程约700m，爆破孔均为竖直孔，孔径105mm，孔深8.5cm，孔底超深部分50cm，用于铺设缓冲层和安放消能座。 

实施例1中爆破孔底设置圆柱消能座，见图3中Ⅰ区；实施例2中爆破孔底设置锥柱消能座，见图3中Ⅱ区。 

针对上述实施例的具体实施过程如下： 

1、混凝土消能座的制作。

为降低成本，同时方便施工及消能垫的制作，拟采用高波阻抗混凝土制作消能座。消能座的制作包括配合比试验、模具制作和质量检测。 

（1）配合比试验。 

理想状况下，采用铸铁成型消能座效果最好，但由于加工困难、成本高等问题，故考虑采用高波阻抗混凝土砂浆材料制备消能座。用于消能座制备的高波阻抗混凝土砂浆材料要求高密度和高波速，本具体实施中，混凝土砂浆材料由水泥、水、铁砂和高效减水剂拌和胶凝形成，采用粒径不大于5mm、细度模数为2.3～3.0的铁砂代替传统混凝土中的细骨料用以增加密度与波速，达到提高波阻抗的目的，混凝土砂浆材料中还需加入高效减水剂以提高密度。 

实验结果表明，水灰比为0.24～0.28，铁砂和水泥的质量比为（1.6～3.0）：1，高效减水剂为水泥质量的1.0%～2.0%时，混凝土砂浆材料波阻抗相对传统混凝土提高50%以上，能够达到消能座所需高波阻抗材料的要求，可用于现场爆破试验。 

（2）消能座成型模具制作。 

消能座成型模具采用有机玻璃加工而成，可以为圆柱消能座成型模具和锥柱消能座成型模具，见图2。圆柱消能座成型模具内径等于圆柱消能座底面直径90mm，圆柱消能座成型模具高9cm；锥柱消能座成型模具高12cm，其中，圆锥结构的母线和底面呈45°，圆锥结构高4.5cm，圆柱结构高7.5cm。 

（3）试件的浇筑、养护和脱模。 

将消能座成型模具清洗干净，内壁均匀涂抹脱模油；将按设计配合比拌合的混凝土砂浆材料倒入消能座成型模具，振捣填实，在养护室养护1天后脱模。消能座成型模具上设有脱模孔，采用木棍辅助脱模。脱模后继续放置养护室养护7天以上。 

（4）质量检测。 

达到养护龄期7天后，对试件进行声波检测和密度检测，分别测取试件的波速和密度，波速达到4000m/s，密度达到4100kg/m³，所制备的混凝土消能座为合格试件。 

2、钻设爆破孔。 

钻孔之前做好放样工作，保证减去超深部分的爆破孔底位于同一高程，记录各爆破孔位置放样数据，并备份，方便验孔与现场铺设缓冲层等后续工作的进行。场地找平后，进行测量放样，钻设爆破孔。设置消能座的炮孔超深深度为50cm，此深度为找平层和消能座的高度。 

3、铺设缓冲层。 

钻孔完成后，为提供平整的爆破孔底面，在爆破孔底部均匀铺设缓冲层。缓冲层材料以人工砂为主，具体实施时采用量杯量取人工砂进行铺设，人工砂细度模数为2.4-2.8。 

4、安放消能座 

消能座要求在爆破孔底竖直放置。在施工现场，采用用塑料袋包裹消能座和炸药药卷的方式，安放消能座。将1卷炸药置于消能座上，塑料袋包裹后用胶带包扎，缓慢放入孔底，保证圆柱形顶部与锥柱形圆锥底部与建基面齐平。

5、装药及起爆 

炸药选用乳化炸药，药卷直径为70mm，装药段长度为6m，堵塞段长度2m，各爆破孔装药22～25kg，爆破孔间排距2.5m*2.5m，单耗0.46kg/m³，4孔一响，最大单响药量92kg。在确认安全后通过雷管引爆炮孔中的装药。各类型爆破孔装药结构见图3。

6、爆破效果检测。 

包括爆破孔底起伏差检测及爆破损伤影响范围检测，爆破同时进行爆破振动监测。

（1）爆破振动监测 

在爆源后冲向布置一条测线进行爆破振动监测，见图4，爆破同时可获得爆破振动规律。

（2）起伏差检测 

爆破后进行爆破孔底起伏差检测。采用钢卷尺量测试验区爆后残埂高差，用水平绳在残埂最高点牵引一条水平线，量测水平线至残埂最低点的高差。经检测，柱形试验区爆破孔底平均起伏差为0.06m，锥柱形试验区爆破孔底平均起伏差为0.01m，满足起伏差要求。

（3）损伤范围检测 

爆破损伤检测需在爆破区中部钻设3个深5m的声波孔，4个分区共12孔，进行单孔声波监测，进行损伤分析，经分析得到损伤深度不大于1m，满足爆破要求。

Claims (8)

1.坝基及岩石基础爆破开挖方法，其特征在于，包括步骤：

步骤1，钻设爆破孔，并在爆破孔底铺设缓冲层；

步骤2，将消能座竖直安置于缓冲层上，并装药，消能座采用混凝土制备，所述的混凝土由水泥、水、铁砂和高效减水剂拌和胶凝形成，其中，水灰比为0.24～0.28，铁砂和水泥的质量比为（1.6～3.0）：1，高效减水剂质量为水泥质量的1.0%～2.0%；

步骤3，通过雷管进行起爆。

2.如权利要求1所述的坝基及岩石基础爆破开挖方法，其特征在于：

所述的消能座为圆柱消能座或锥柱消能座，所述的锥柱消能座包括圆锥结构和圆柱结构。

3.如权利要求2所述的坝基及岩石基础爆破开挖方法，其特征在于：

当消能座为圆柱消能座时，设置的爆破孔超深深度、缓冲层厚度及圆柱消能座高度应使得：安置于缓冲层上时圆柱消能座顶面与建基面齐平。

4.如权利要求2所述的坝基及岩石基础爆破开挖方法，其特征在于：

当消能座为锥柱消能座时，设置的爆破孔超深深度、缓冲层厚度及锥柱消能座中圆柱结构高度应使得：安置于缓冲层上时锥柱消能座圆锥结构底面与建基面齐平。

5.如权利要求2所述的坝基及岩石基础爆破开挖方法，其特征在于：

所述的圆柱消能座底面直径比爆破孔直径小15mm~20mm。

6.如权利要求2所述的坝基及岩石基础爆破开挖方法，其特征在于：

所述的锥柱消能座中圆柱结构底面直径比爆破孔直径小15mm~20mm，圆锥结构的母线与底面呈45°，圆锥结构的高为底面直径的一半。

7.如权利要求1所述的坝基及岩石基础爆破开挖方法，其特征在于：

步骤2具体为：

将炸药药卷置于消能座上，采用塑料袋包裹消能座和炸药药卷，并采用胶带包扎，然后将塑料袋放入缓冲层上。

8.如权利要求1所述的坝基及岩石基础爆破开挖方法，其特征在于：

步骤3中所述的雷管设置于爆破孔内距爆破孔口d/2~3d/4处，d为爆破孔深度。