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1、 内部资料 注意保管 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 二一五年十月九日 大型土石方工程施工技术研究 编写人：宋成磊 主要参加人：王东月1、张自强2、施少强3、徐树青4 刘少帅5、赵立平6、王秀敏7、韩阳阳8、王延升9 审核：孙孝峰 审定：米长利 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 1 目 录 一、项目概况.2 1.1 项目背景.2 1.2 研究内容.2 1.3 总体目标：.3 1.4 研究成果.3 1.5 技术路线.3 二、现状研究概况.3 2.1 深孔台阶爆破概况.3 2.2 高填方地基强夯概况.6 三、主要研究内容及取得的成果.7 3.1 深孔台
2、阶爆破研究.7 3.2 高填方地基强夯施工研究.23 四、现场应用效果分析.35 4.1 爆破研究现场应用.35 4.2 强夯的研究应用.35 五、项目的经济、社会效益.35 5.1 直接节约费用.35 5.2 间接减少人工费及机械使用费.35 5.3 经济效益总计.35 5.4 后期影响受益.36 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 2 一、项目概况 1.1 项目背景 中石化中原建设工程有限公司于 2013 年,中标贵州织金 60 万吨/年聚烯烃项目场平试验性工程，合同额 4600 万人民币。本工程主要内容为土石方爆破、强夯施工，设置本试验性工程的目的是为后期大场平施工取
3、得爆破、强夯等一系列施工参数，以达到安全、经济、工期合理。通过此项技术研究，目的是掌握大体积岩石爆破以及强夯施工中的技术参数，培养一批在大型土石方工程施工中有一定技术能力和经验的人才，提升我单位在大型土石方工程特别是岩石爆破施工方面的竞争力，增强闯市场的能力。我公司参与的中石化贵州织金 60 万吨/年聚烯烃项目整个场平土石方量在 5000 万立方米，可谓超大型土石方工程，目前的场平试验性工程就是为了后期大场平收集各类参数、总结施工经验。我单位在参与的过程形成了具有很高实用价值整套技术，培养了懂爆破、强夯、土石方调配的施工人才，并率先保质保量的完成工程项目，为贵州织金聚烯烃项目树立了标杆，在业主
4、方树立了良好企业形象，为后期施工打下了坚实的基础。对提高本单位的市场竞争能力，提高经济效益有着重要的意义。1.2 研究内容 （1）深孔台阶爆破爆破参数的正确选用及爆破网络设计,对爆破设计进行优化，提高爆破有效能量的利用率，提高经济效益。（2)大型土石方工程深孔台阶爆破施工爆破器材的比选。大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 3(3)爆破的安全控制：合理安全距离验证和盲炮及其处理,降低爆破的有害效应。(4)填方区分四层进行回填，层厚自下而上为 6m、8m、9m、6m,第1、2、4 层均设置两种强夯能级对比，第 3 层设置三种强夯能级对比，为后期大面积场平强夯施工选择合理的强夯能
5、级提供数据支持。(5)通过强夯试验掌握此类填料压实系数及松散系数。1.3 总体目标：通过研究总结出一整套成熟的大型土石方工程爆破、强夯施工技术，为后期工程储备技术、人才。1.4 研究成果（1）形成了一套成熟的大型土石方工程施工技术（涵盖爆破、土石方回填、强夯地基等）；（2）试验总结出适合当地地质条件的合理的爆破网络参数；（3）探索出一套完整的安全保障措施，并形成制度；（4）总结了高填方地基填料的虚铺系数。1.5 技术路线 1.深孔台阶爆破设计，在实际施工中根据岩石性质以及试爆效果分析，逐步进行优化并确定最合理的网络参数，以达到研究的目的；2.强夯施工中不同强夯能级之间设置对比，在相同回填厚度上
6、确定一种最经济合理的强夯能级。二、现状研究概况 2.1 深孔台阶爆破概况 2.1.1 深孔台阶爆破的几种形式 深孔台阶爆破一般采用毫秒微差爆破法，按其起爆顺序和方式的 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 4 不同又分为许多种。如同排齐发爆破、按排起爆的排间毫秒爆破、同排与不同排按一定顺序起爆的毫秒微差有序爆破、小抵抗线宽孔距微差爆破、微差压渣爆破等。(1)同排齐发爆破。同排炮孔之间用导爆索连接，排间导爆索用不同段毫秒雷管引爆，称为排间齐发爆破法。这种爆破方法操作简便，不易发生错误。但导爆索自上而下引爆炸药，使堵塞段预先形成爆炸气体泄出通道，减少气体在炮孔内作用的时间，从而不
7、利于岩石破坏。20 世纪 80 年代该法在水利水电行业应用较多，以后逐渐减少。(2)同排毫秒微差爆破。同排炮孔装入同一段毫秒延期雷管，不同排使用不同段雷管的起爆方法称为同排毫秒微差爆破。因为同段毫秒延期雷管间存在误差，因而它们不能像齐发爆破那样相邻炮孔起爆时差小于 1ms，而是大于 1ms，乃至数十毫秒。同排雷管先响与后响，无法预测。这种利用雷管自身误差达到微差目的的爆破，对岩石破碎有利，它一般在孔数、排数不是特别多的情况下使用。(3)微差有序爆破。同排或多排炮孔按设计规定的顺序起爆的方法，称为微差有序爆破法。目前世界上大多采用塑料导爆管雷管起爆系统完成微差有序爆破。当每个炮孔内再分段，则构成
8、孔间、孔内微差有序爆破。由于每一孔均处于三个自由面条件下爆破，使被爆岩石得以充分破碎。它是目前世界上比较先进的起爆方法，在三峡等水利水电工程中得到广泛运用。在炮孔较多和主要建筑物附近爆破时更加显示其优越性。(4)小抵抗线宽孔距微差爆破。这是瑞典人 ULangefors(兰格福 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 5 斯)等提出的爆破方法。其实质是在一个钻孔所能担负面积的条件下，间排距乘积等于该面积的多种组合中，以其间距等于 28 倍抵抗线取得的效果较好。采用该法爆破取得的岩石块度比较均匀。我国的实践经验以孔距是抵抗线的 24 倍者居多。(5)微差压渣爆破。在台阶前沿存有未清
9、完爆渣条件下进行的深孔台阶爆破称为微差压渣爆破。我国水电建设中，此法多用于坝体石料开采的爆破。该法的优点是可加快施工进度和增加块石破碎度，同时也存在下列不利点：1)如果台阶前沿留有底坎，压渣使其无法清除，会使后续爆破不能炸到要求的高程，造成台阶根底的爬高现象。2)一般会产生台阶后部严重拉裂，更坏时会出现后翻与硬墙，给后续台阶钻爆带来困难。3)爆堆高、炸药单耗高、爆破振动大。2.1.2 深孔台阶爆破特点 深孔台阶爆破在石方工程中占有重要的地位。它已在露天和地下土建工程中被广泛应用。在铁路、公路、水利等土建工程及冶金开采中采用，取得了良好的技术经济效果。随着钻孔机械和装运设备的不断改进、爆破技术的
10、不断提高、爆破器材的日益发展，深孔台阶爆破在改善和控制爆破质量、实现石方机械化施工、提高生产效率、达到快速施工方面，已明显地为人们所认识和重视。因此深孔台阶爆破方法在石方开挖中所占的优势越来越明显。大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 6 露天爆破时，通常是把山体划分成一定厚度的水平分层，自上而下逐层开采，并保持一定的超前关系，在开采过程中各工作水平在空间上构成了阶梯状，每个阶梯就是一个台阶或称为阶段。台阶是露天爆破的基本构成要素之一，是进行独立剥离和开采作业的单元体。深孔台阶爆破的特点：（1）、破碎质量好，破碎块度符合工程要求，大块率低，无根坎，爆堆集中和具有一定松散度，能
11、满足铲装设备高效率装载的要求；（2）、降低爆破有害效应，如震动、噪声、冲击波、飞石等危害，减少后冲、后裂和侧裂；（3）、提高爆破技术经济指标，即提高钻孔延米爆破量，降低炸药单耗，使钻孔、铲运等工序发挥最大效率。2.2 高填方地基强夯概况 2.2.1 强夯法的特点（1）适用各类土层：可以用于加固各类砂性土、粉土、一般黏性土、黄土、人工填土，特别适宜加固一般处理方法难以加固的大块碎石类土以及建筑、生活垃圾或工业废料组成的杂填土，结合其它技术措施亦可用于加固软土地基。（2）应用范围广泛：可应用于工业与民用建筑、重型构筑物、设备基础、机场跑道、堤坝、公路和铁路路基、贮仓、堆场、油罐、桥梁、港口码头、核
12、电站、人工岛等。（3）加固效果显著：地基经强夯处理后，可明显提高地基承载力、压缩模量、增加干密度、减少孔隙比，降低压缩系数、增加场地均匀 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 7 性，消除湿陷性、膨胀性，防止振动液化。（4）有效加固深度：单层 8000KN.M 高能量级强夯处理深度达 12米，多层强夯处理，深度可达 2454 米，一般能量强夯处理深度在 68米。（5）施工机具简单：强夯机具主要为履带式起重机。当起吊能力有限时，可辅以龙门架等设施。（6）节省材料：一般的强夯处理是将原状土施以能量，无需添加建筑材料，大大缩短施工周期。（7）节省造价：由于强夯工艺无需材料，节省了建
13、筑材料的购置、运输、制作、打入费用，除了消耗油料外，没有其它消耗。（8）施工快捷：只要工艺适合，特别是对粗颗粒非饱和土的强夯，周期更短。（9）雨天影响比较严重。2.2.2 强夯在石化建设项目中的应用 近年来石油化工工程领域广泛采用强夯法进行地基处理，主要应用于生产装置和大型储罐，如我单位近年来所施工的北海商储基地工程、北海 LNG 储罐及接收站工程、贵州织金 60 万吨/年聚烯烃项目均采用强夯技术进行地基处理。强夯做为一种施工快捷简单、成本低的地基处理方法，将会在越来越多的工程中应用。三、主要研究内容及取得的成果 3.1 深孔台阶爆破研究 3.1.1 深孔台阶爆破工艺流程图 大型土石方工程施工
14、技术研究 中石化中原建设工程有限公司 8 3.1.2 施工对象地质 本场区属于扬子准地台黔北台隆遵义断拱毕节北东向构造变形区。背斜构成狭窄的山脉，向斜形成宽缓的槽谷，组成典型的隔挡式褶皱。背斜轴部较平缓，翼部陡峻。背斜枢纽呈起伏状，往往形成多个高点。本场区地质构造位于煤洞厂背斜北西翼和板桥向斜西翼。场地内强风化的白云岩的岩石坚硬程度属极软岩，岩体完整性程度属于较完整，岩体基本质量等级为类，中风化的白云岩岩石坚硬程度为软岩，岩体完整程度属于较完整（完整），岩体基本质量等级为；强风化的砂岩，坚硬程度属于较软岩，岩体完整性程度属于较完整，岩体基本质量等级为类，中风化的砂岩的岩石坚硬程度属较硬岩，岩体
15、完整性程度属于完整（较完整），岩体基本质量等级为类；强炸药、雷管装填 钻 孔 潜孔钻机、空压机就位 布 孔 潜孔钻机行驶道路开通 初步爆破方案设计 起爆网络联结 起 爆 爆破效果分析、参数调整 石 方 挖 运 下一爆破循环 深孔台阶爆破工艺流程图 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 9 风化的灰岩，坚硬程度属于较软岩，岩体完整性程度属于较完整，岩体基本质量等级为类，中风化的灰岩的岩石坚硬程度属较硬岩，岩体完整性程度属于完整（较完整），岩体基本质量等级为类。3.1.3 钻孔设备 本工程主要采用分离式潜孔钻机和液压式全自动潜空钻机，每节钻杆长度 3.6 米。3.1.4 火工品选
16、用 在土石方工程中常用的爆破炸药为硝铵类炸药和硝化甘油类炸药，而硝化甘油类炸药安全较差，爆炸后易产生有毒气体，且成本高，因此本工程不选用硝化甘油类炸药。一般爆破用硝铵类炸药主要有：铵油炸药、膨化硝铵炸药、乳化炸药、水胶炸药。铵油炸药的特点：成分简单，成本低，制造使用安全，但是感度低，起爆困难，吸潮及固结的趋势强烈。不适宜在贵州多雨地区使用。膨化硝铵炸药的特点:成分简单，制造容易，性能稳定，爆炸威力高，爆炸后有毒气体较少，比较适用于硬岩剥离，矿山露天爆破等。由于贵州当地此类炸药生产较少，运输需经过人口稠密的乡镇，基于 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 1 0 供应和运输安全
17、考虑本工程不采用此类炸药。水胶炸药的特点：爆炸反应完全，能量释放高威力大，存储稳定性和抗水性较好，机械感度和火焰感度低，爆炸后产生的有毒气体少。但由于原材成本高，炸药价格较贵，因此不宜选用此炸药。乳化炸药的特点：装药密度可调，爆速和猛度较高，起爆感度高，抗水性较强，组分不含有毒物质，爆炸后产生有毒气体少，加工工艺简单，成本低廉，施工操作安全性较高，再就是当地生产厂家较多。基于货源供应充足，安全性好，价格便宜等因素，本工程选用乳化炸药。经过综合考虑火工品材料采用导爆管毫秒延期雷管与瞬发电雷管、2 号岩石乳化炸药。导爆管 2 号岩石乳化炸药 3.1.5 深孔爆破参数研究 1）爆破参数(1)炮孔直径
18、 露天台阶爆破的孔径与下列因素有关：台阶高度 岩石性质 炸药性能 钻孔机械类型 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 1 1 c wb 梯段深孔爆破孔网参数：H梯段高度，a钻孔间距（孔距）W前排孔底板抵抗线 b排距 h超钻深度 梯段坡面角 l孔深 c梯段上缘至前排孔口距离（孔边距）孔径大，有利于提高生产效率，提高延米爆破量，但块度有可能增大。用潜孔钻时为：85mm200mm。(2)底盘抵抗线 露天台阶爆破有两种抵抗线：最小抵抗线（w):由装药中心至台阶坡面的最小距离。底盘抵抗线（W)：第一排炮孔中心至台阶坡底线的水平距离。底盘抵抗线是影响露天台阶爆破的重要参数，其值选过大，爆
19、破质量不佳，产生根底，后冲增强。其值过小，爆破能量得不到充分利用，效率降低。不仅浪费炸药，而且还增加钻孔工作量。按钻机安全作业要求（见下图）W=c+H.ctg H-台阶高、c-安全值（2.53.0m)、-坡角（6080 度）按每孔装药量计算 Wd=d.(7.85./m.q)1/2(m)式中：d-炮孔直径 单位：dm.-装药密度 kg/dm3.-装药系数 0.60.8。m-密集系数 m=a/w.q-炸药单耗 kg/m3.大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 1 2 a-炮孔间距 m.（3）炮孔间距（a)、排距（b)、密集系数（m)两炮孔之距为 a、两排之距为 b、密集系数：m=
20、a/w.孔距与排距一般称为孔网参数；确定孔网参数，通常是以每个炮孔容许装入药量为依据，再计算每个炮孔所负担的爆破体积，最后得出炮孔间距。式中：L-炮孔深度，L=H+h qL-每米炮孔装药量，kg/m，其值为：-为炮孔装药密度，其值为 900kg/m31000kg/m3。d-炮孔直径，m。炮孔密集系数 m 值的确定 该值得确定一般取决于起爆方式：当采用斜线起爆时其值为：0.91.2；当采用逐排起爆时其值为：2 为佳。炮孔排距的确定（b）b=(0.90.95)Wd (4)超深（h)目的：克服底盘夹制力，减小根底。h=（0.150.35）Wd 难爆时，取大值；易爆时，取小值。h 值一般不超过 3.5
21、m。(5）堵塞高度（l)LdqLaqHW214Lqd 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 1 3 堵塞物：钻孔岩粉、碎石粉、尾矿粉、砂、粘土。目的：延长爆生气体在岩石中的作用时间，提高炸药利用率，减少碎石飞散、降低声响，防止过早从孔口喷出。l=(1232)d（6）装药量的计算 单孔装药量 Q,以炮孔爆破负担体积岩石所需的炸药量计算确定：Q=q.Wd.a.H 按上式计算得出的炸药量，还需要以每一炮孔可能装入的最大药量来验算：QqL(L-l)若 Q 不满足上式，则 Q 大于容许炮孔装药量，Q 不能全部装入炮孔。原因：主要是：Wd、a、或 q 值偏大、或炮孔直径偏小。要重新设计。
22、多排孔爆破时，第一排炮孔装药量计算同上；从第二排起，因爆破时受到岩石夹制作用，装药量适当加大，其单孔装药量计算为：Q=kqabH K-岩石夹制系数，采用微差爆时：k=1.11.3;齐发爆破时：k=1.21.5.2)炮孔布置方式与起爆顺序（1）布孔参数与起爆参数 布孔参数：相对于台阶眉线而言，计算出的孔网参数。即孔网参数（ab）起爆参数：它取决于起爆瞬间炮孔间的相对位置，与炮孔布置方式和起爆顺序有关。不难看出：影响爆破质量的是起爆参数而不是布孔参数。大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 1 4 因此，实际操作过程中：经常出现，布孔参数合理而起爆参数不合理（梅花形布孔，斜线起爆)
23、;或布孔参数一般，起爆参数合理（矩形布孔，斜线起爆）（2）炮孔布置方式和起爆顺序 炮孔布置方式有两种：矩形布孔 三角形（梅花形）布孔 起爆顺序由于微差爆破技术的应用而变得多种多样。微差爆破的优点：多自由面、应力场叠加、岩块挤压、二次破碎、降震、改善爆破效果。起爆顺序有：逐排起爆：震动较大、前、后冲大。斜线起爆：后冲小、振动小、爆堆集中；操作复杂。V 型起爆：爆堆集中、振动小，复杂。波浪起爆：相互挤压、加强碰撞、振动动小、爆破效果好，操作复杂。横向掏槽起爆：用于掘沟。微差的两种形式：孔内微差 孔内、孔外微差 3)装药结构 露天爆破，为了克服根底，经常要打超深孔，但这样又导致炸药沿炮孔分布不均，装
24、药重心下降，易使台阶上部产生大块。为了克服上述缺点，使炸药沿炮孔方向分布均匀，就有必要改变装药结构。装药结构主要形式有：大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 1 5 连续装药结构，分段间隔装药结构（分段），混合装药结构（底部装高威力炸药)。底部间隔装药结构（在炮孔底部置入 0.51.5m 长的塑料间隔器而不装药，形成底部间隔，增强了爆炸能量的冲击反作用。同时使药柱中心上移，炸药分布合理，减少台阶上部大块，降低炸药单耗、降震。）4)爆破质量的要求、破碎质量好，破碎块度符合铲装要求。大块少，不留根底，不产生后冲裂隙。、爆堆形状符合要求。、控制爆破危害，使爆破飞石、地震、空气冲击波
25、及噪声控制在允许范围内。、爆破成本低、经济效益好。3.1.6 爆破安全控制、爆破震动安全距离、对地面建（构）筑物的安全距离 采用爆破引起的质点振动速度指标进行判断：v=K.(Q1/3R)式中：v-振动速度，cm/s.其值可参考中华人民共和国爆破安全规程。Q-最大一响药量，kg -地震波的衰减系数，=13 K-同岩石性质、爆破方法等因素有关的系数，K=50200、对地下井巷的安全距离 R 地=K 地（Q)1/3 式中：R 地-爆破中心至被保护巷道的安全距离，m。大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 1 6 K 地-系数，对于围岩不稳固巷道，K 地2 时，安全；K 地3 时无影响
26、；对于围岩稳固的巷道，K 地1.5 时，安全；K 地2时，无影响。Q-最大一响起爆药量，kg。、空气冲击波安全距离 R 空=K 空(Q)1/3 式中：R 空-爆破空气冲击波的最小安全距离，m.K 空-系数，对于一般建筑物为 70，对于人员为 2560。Q-最大药室的装药量，kg.上式适用于平坦地形，沿沟谷方向安全距离应增大 50%100%；处于山坡背面时，安全距离减少 30%70%。、个别飞石安全距离 经验公式：R 飞=20n2WK 飞 式中：R 飞-个别飞石的飞散距离，m.n-最大药包的爆破作用指数。w-最大药包的最小抵抗线，m.K 飞-系数，取：1.52.0。根据中华人民共和国爆破安全规程
27、规定：个别飞石飞散距离不小于 300m；裸露药包爆破大快时，个别飞石的安全距离不小于 400m;深孔爆破时不小于 200m。本次单段最大起爆药量为 118kg。根据公式算得不同距离的爆破振动速度见表 1，有表可见距爆区 400m 处振速为 0.17cm/s。对于石砌瓦房按照爆破安全规程（GB6722-2011）规定，其安全允许振速在0.5-1.5cm/s 范围内，因此在爆破施工过程中，周边民房是相对安全的。大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 1 7 表 1 爆破振动安全验算表 距离/m 最大震速/cm/s 10 43.3 20 15.3 30 8.3 40 5.4 50 3
28、.9 100 1.4 150 0.75 200 0.48 250 0.34 300 0.26 400 0.17 3.1.7 爆破设计 3.1.7.1 初始爆破设计 设计图纸设计说明及施工技术要求爆破参数设计：炮孔直径100-200mm，台阶高度 10-16m，孔深根据台阶高度、超挖和爆破效果确定，按 12-18m 考虑。主爆区采用深孔台阶爆破方案，根据设计要求，爆破参数如下：孔径 d=120mm；台阶高度 H=15m；超深 h=(0.10.15)H，为 1.5-2.25m，取 h=1.5m；m=0.81.4，取 m=1.2；，W=(3040)d，暂取 W=3.6m；由 a=mW，则 a=4.3
29、2m，实取 a=4.2m，b=W=3.6m；炮孔深度 L=（H+h）/sin75=17.1m；设计方建议炸药单耗 q=0.805kg/m3，根据山体岩性以及当地相关爆破施工经验暂取 q=0.52kg/m3；=0.95g/cm 堵塞长度 L1=(3040)d；实取 L1=4.2m；则装药长度为L-L1=12.9m；炸药选取 2 号岩石乳化炸药，装药密度为 0.95g/cm3，采用连续耦合装药，每延米装药量为 10.7kg；大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 1 8 由 Q=qHaW，即 Q=0.52154.23.6=118kg；采用连续耦合装药，双发雷管孔口、孔底同时起爆，主
30、爆孔装药结构示意图见下图 1。采用梅花形布孔，每次起爆 4 排炮孔。采取逐孔起爆的方式，炮孔布置示意图，见图 2。11炸药计划：每次爆破土石方量约为 10000m，炸药量约为 5.0t（根据爆破情况做调整）。图 1 主爆孔装药结构示意图 图 2 炮孔布置示意图 主爆孔孔内采用双发 14 段雷管延时，孔间采用双发 3 段雷管、排间采用双发 5 段雷管进行逐孔起爆，爆破网路设计见图 3。a b 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 1 9 图 3 爆区域起爆网路示意图 按照本设计进行施爆，我们小组对爆破效果进行了分析：1.爆破石渣块度较小，岩石破碎效果比较好，无底根，有利于挖机铲
31、装。但设计要求最大块径不超过 50cm，因此不必追求过小的石渣块度，借此进一步降低炸药单耗；2.由于是逐孔起爆，炸药能量逐次释放，爆破震动范围较小，爆破飞石较少且飞出距离短；3.爆破中有个别孔有冲孔现象，应为炮孔填塞不实或填塞长度短，需要对填塞长度进行调整。初始爆破设计试爆 3.1.7.2 优化爆破设计 通过多次试爆，分析试爆效果，本着经济节约、保证爆破质量安 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 2 0 全的前提不断对爆破设计进行优化，最终形成以下设计方案：孔径 d=120mm；台阶高度 H=15m；超深 h=(0.10.15)H，为 1.5-2.25m，取 h=1.5m；
32、m=0.81.4，取 m=1.2；W=(3040)d，取 W=4.2m；由 a=mW，则a=5.04m，实取 a=5.0m，b=W=4.2m，考虑起爆方式采用逐排起爆，取b=4.0m；炮孔深度 L=（H+h）/sin75=17.1m；设计方建议炸药单耗 q=0.805kg/m3，根据山体岩性以及当地相关爆破施工经验暂取 q=0.35kg/m3；=0.95g/cm；堵塞长度 L1=(3040)d；实取 L1=4.5m；则装药长度为L-L1=12.6m；炸药选取 2 号岩石乳化炸药，装药密度为 0.95g/cm3，采用连续耦合装药，每延米装药量为 10.7kg；由 Q=qHaW，即 Q=0.351
33、554=105kg；本次设计采用连续耦合装药，双发雷管孔口、孔底同时起爆，主爆孔装药结构示意图同图 1。炮孔布置仍采用梅花形布孔，每次起爆4 排炮孔。为保证破碎效果，采取排间微差逐排起爆的方式，炮孔布置示意图同图 2。网络联结示意图见图 4：图 4 排间微差爆破网络 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 2 1 11炸药计划：每次爆破土石方量约为 12000m，炸药量约为 4.2t。优化后的爆破效果 优化爆破设计后，我们对试爆后的效果分析，相对于前几次的试爆有明显的改进。一是岩石破碎适中，块度既符合回填要求又利于铲装；二是避免了爆破时的冲孔现象；三是炸药单耗降低很多，钻孔数量
34、减少很多。3.1.7 结论与建议 3.1.7.1 结论 在 2014 年 10 月 18 日-10 月 31 日期间，我们进行了 6 次深孔台阶爆破试验。主要是了解不同药量、爆破孔深、爆破孔距试爆过后填料粒径差异，进而通过比较得到石方开挖经济、质量平衡点，改进爆破技术经济指标，提高延米爆破量，降低炸药单耗，在改善破碎质量的前提下，使钻孔、装载、运输和机械破碎等后续工序发挥高效率，使其工程的综合成本达到最低。试验方式是通过改变台阶高度、孔径、大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 2 2 布孔的间距、排距以及起爆的方法、顺序等，对每次的爆破效果进行分析对比，最后得出最优的爆破设计
35、参数，为后续的施工提供指导依据。孔距由 4.2m 逐步扩大到 5.0m，排距由 3.6m 逐步扩大到 4.0m，起爆顺序由逐孔起爆改为 3 孔同时起爆，最后改为逐排起爆。通过 6 次试验的爆破效果对比，最后确定爆破参数的取值为：台阶高度 15m，孔径 120mm，孔距 5m，排距 4m，起爆顺序为逐排起爆。炸药单耗由最初的 0.52kg/m3降低到 0.35kg/m3。3.1.7.2 建议 在爆破施工中最主要的是规范爆破作业的整个流程。标定炮孔：根据爆破作业施工参数，在技术人员的指导下，将主炮孔的位置在试验爆破区内进行标识。为确保孔底高程一致，对每个孔位顶面高程进行测量，计算出每个孔位的钻孔深
36、度，并对作业人员进行详细的技术交底。钻孔：按测量给定的点位进行钻机定位、钻孔作业。技术人员随时对钻孔深度进行检测，钻孔深度与设计深度误差不应大于 20cm。作业完毕后要由技术人员进行验收、检查其孔深、孔位是否符合设计要求。对不合格的炮孔要按照质量控制程序文件要求进行纠正，直至达到合格，最后用编织袋装岩粉封堵孔口。然后土石方专业分包队填写并上报炮孔检查记录表和爆破作业申请单。装药：经技术人员根据上报的炮孔检查记录表对孔位、孔间距、孔深等各项技术指标进行再次确认，检测合格后，方可进行装药作业。装药时仔细注意孔内情况，对于堵塞的孔眼用炮仗捣通。装 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公
37、司 2 3 药时应将每孔雷管段别标识卡放在孔外，以便检验。炮孔堵塞：堵塞长度不小于设计堵塞长度，堵塞材料就地取用钻岩岩粉，堵塞要紧密，并注意保护导爆管不受损坏。不得使用碎石块等进行堵塞作业。采用竹质或木质材料轻轻将堵塞材料送入孔内。联网爆破：在前期由于是采用的单导爆管网络，爆破过程中有导爆管被切断，为了增加安全系数，我们在以后的爆破中，爆破网络采用双导爆管起爆网络。导爆管与导爆管之间用胶带绑扎结实,采用电雷管击发起爆。联线完毕后，由爆破现场指挥或技术员进行复检，合格后等待达到规定的起爆时间才可进入爆破程序。3.2 高填方地基强夯施工研究 3.2.1 强夯理论（1）强夯对地基土的作用机理及动力学
38、特征 L.Menard 根据饱和粘性土经受强夯后产生数十厘米瞬间变形的现象，提出了一个动力固结模型：用有摩擦的活塞来反映含有空气的孔隙水压力的滞后现象；利用不定刚度的弹簧来反映土体强度的降低；利用变孔径的排水孔来反映孔隙水得以顺利排出的问题。Y.K.Chow 也提出了粒状土强夯分析的一维模型，他们将锤下与锤径相同的土柱视为无侧限变形体，并将周围土体简化为一系列串连的弹簧和阻尼器，得到了一维模型方程。陆新对软粘土地基在静力固结模型基础上针对强夯特点提出了强夯动力排水固结模型。钱家欢等曾用自制的动力固结仪模拟强夯，分别提出了饱和砂土及饱和粘土在冲击荷载作用下压缩模量、卸荷模量以及动孔隙水压力的经验
39、公式。韩文喜等也获得了 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 2 4 饱和土在强夯作用下的动应力、动位移、孔隙水压力的变化规律及强夯的应力-应变关系特征。Leon 认为加固作用与土层在被处理过程中的三种明显不同的机理有关：第一为加密作用，主要指气体的排出；第二为固结作用，指水或液体的排出；第三为预加变形作用，指颗粒在结构上的重新排列或形态的改变。Leonards 在研究强夯加固粘性土时发现：粘性土的存在将影响加固深度，使加固深度减小，并且受夯击能量、夯击顺序等因素的影响。对于强夯的能量以何种形式传递到土层中，Gambin 认为，压密作用是由于土体受到冲击波作用而引起的，对于饱
40、和土而言，剪切波是引起土体加密的主要因素。在国内，左名麒提出的振动波理论认为夯击所产生的巨大冲击能将以波的形式向土介质传播。强夯主要是纵波和横波起加固作用，而面波不但不起加密作用，反而对地基表面产生松动，是有害波。对于饱和细颗粒土的强夯加固，郑颖人将其分为四个阶段：能量转换与夯坑受冲剪阶段；土体液化与破坏阶段；固结压密阶段和触变固化阶段。并在此基础上提出了适用于软粘土地基的强夯工艺。根据强夯后标准贯入试验资料分析，郭见扬提出了强夯地基的双层构造理论。他认为对于强夯的加固效果，在某个深度以上夯后 N 值明显增加，形成良好的持力层，而在这个深度以下 N 值增加和减小的可能性都存在。但即使强度有所降
41、低，它的抗振动稳定性将有所提高，这充分肯定了强夯的加固效果。（2）有效加固深度 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 2 5 强夯加固深度问题是强夯设计与施工中最为关键的问题之一，它关系到强夯的经济和适用性，许多学者对此进行了一系列的研究和探讨。但目前有关强夯法加固地基有效深度的定义还不明确，有的文献称为“加固深度”、“影响深度”等。钱家欢曾提出应根据土类不同特点给出“有效深度”的概念，对于细砂以消除某一震级下的液化可能性来判断，黄土以消除湿陷可能性、粘土以消除有害沉降可能性为标准。现在一般将经过强夯加固后土体各种强度指标能够满足设计要求的深度理解为“有效加固深度”。强夯法创
42、始人梅纳提出了用下列公式估算强夯加固影响深度H：HMh 式中，M为锤重；h为落距。在实际工程中，影响强夯有效加固深度的因素很多：地基土性质、不同土层的厚度和埋深顺序、地下水、夯击次数、锤底单位压力等，因此在不同使用条件时，应对梅纳公式进行修正。3.2.2 强夯作业方式 强夯夯锤在土中形成强大的冲击应力（可高达 20008000 kN/m2），从而压缩土体，形成夯坑，并提高地基的强度、降低压缩性等。夯锤的冲击速度显著影响冲击应力，影响强夯的加固效果。履带式吊车提升夯锤时，吊车桁架式臂杆悬挂钢丝绳（背绳）在夯锤重力与提升加速度的作用下，产生较大的拉力，钢丝绳产生延伸（被拉长），夯锤提升到额定高度时
43、，夯锤在自动脱钩器的作用下脱钩，吊车一瞬 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 2 6 间卸去载荷，吊车臂杆由于钢丝绳内应力的作用，反复向后、向前大幅度的摆动，导致吊车臂杆和有关机件受到冲击，轻则使吊车有关机件提前损坏，重则臂杆向后倾翻、折杆，造成起重臂后翻事故。所以说，突然卸载对于强夯机是正常工况，这一作业方式也是区别于一般起重设备最明显的特征。3.2.3 强夯法适用范围 强夯法的适宜性很大程度上取决于土体对超孔隙水压力的消散能力，砂性土等粗粒土地基经强夯处理后，其承载能力可提高 200%-500%，压缩性可降低 20%-90%。所以最初强夯法只用于处理碎石土、砂类土、非饱
44、和粘性土等，但随着经验的丰富以及施工方法的科学化、现代化，尤其是排水条件的改善，用强夯法所处理的土类不断增加，甚至对海底、水下的软弱土层也尝试通过特殊工艺进行强夯处理。强夯法的局限是施工时较大的噪声和振动，因而不宜在人口密集的城市内使用。当前应用强夯法处理地基的工程范围极广，已付诸实践的有工业与民用建筑、重型构筑物、机场、堤坝、公路和铁路路基、贮仓、飞机场跑道及码头、核电站、油库、油罐、人工岛等。近年来强夯法在工程建设与环境保护协调方面已发展应用于垃圾填埋场、沙漠地基、核废料场等的处理。总之，只要环境允许、土层条件适台，强夯法在某种程度上比其它机械的、化学的或力学的加固方法使用更为广泛和有效。
45、3.2.4 本工程强夯地基处理研究 3.2.4.1 强夯处理参数 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 2 7 分 区 夯型 单击夯击能（kN.m）夯点 间距 夯点 布置 夯点 遍数 单点 击数 厚度 锤底静压力 1A 点夯 6000 7.0m 正方形 2 遍 1014 6.0m 4060kPa 1B 点夯 4000 7.0m 正方形 2 遍 1216 6.0m 3050kPa 2A 点夯 6000 7.0m 正方形 2 遍 1014 8.0m 5070kPa 2B 点夯 5000 7.0m 正方形 2 遍 1014 8.0m 5070kPa 2C 点夯 3000 7.0m
46、正方形 2 遍 1216 4.0m 3050kPa 3A 点夯 8000 8.0m 正方形 3 遍 1014 9.0m 5070kPa 3B 点夯 8000 9.0m 正方形 3 遍 1014 9.0m 6080kPa 3C 点夯 6000 7.0m 正方形 2 遍 1216 9.0m 6080kPa 4A 点夯 4000 7.0m 正方形 2 遍 1216 6.0m 3050kPa 4B 点夯 3000 7.0m 正方形 2 遍 1216 6.0m 4060kPa 收锤标准：6000 kN.m、8000 kN.m 能级点夯按最后两击平均夯沉量不大于 10cm 控制，3000 kN.m、400
47、0kN.m、5000kN.m 点夯按最后两击平均夯沉量不大于 5cm 控制。3.2.4.2 强夯总体要求 试验段内的填方地基应达到以下要求：填方地段整平及处理后的一般地基土承载力 fak250kPa，压缩模量16MPa.对特殊的沟内淤泥质土,软粘性土分布较厚地段要求该土层处理后地基土承载力 fak150kPa，压缩模量10MPa.经整平及处理后的场地,可满足大部分建构筑物采用浅基础的要求。本试验段填方区分四层回填，第一层厚度 6m，第二层厚度 8m，第三层厚度 9m，第四层厚度 6m。第一层进行两种强夯试验对比，强夯能级分别为 4000kNm 及 6000kNm；第二层由于有浅薄区，设置两种强
48、夯能级，两种试验对比，夯填能级为 6000kNm 和 5000kN.m；第三层进行三种强夯试验对比，夯填能级为 8000kNm、6000kNm；第四层进行两 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 2 8 种强夯试验对比，强夯能级分别为 3000kNm 和 4000kN.m。3.2.4.3 强夯夯点布置 图 3.2.1 8000KN.M 点夯布点图 图 3.2.2 6000KN.M 点夯布点图 图 3.2.3 5000KN.M 点夯布点图 3.53.53.53.5第一遍5000KN.M点夯第二遍5000KN.M点夯 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 2 9
49、 图 3.2.4 4000KN.M 点夯布点图 图 3.2.5 3000KN.M 点夯布点图 第一遍 3000KN.M 点夯 第二遍 3000KN.M 点夯 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 3 0 3.2.4.4 强夯对比区域设置 图 3.2.6 第一层强夯对比分区图 图 3.2.7 第二层强夯对比分区图 大型土石方工程施工技术研究 中石化中原建设工程有限公司 3 1 图 3.2.8 第三层强夯对比分区图 图 3.2.9 第四层强夯对比分区图 根据以上分区图，进行不同强夯能级的强夯效果对比试验，最终获得符合设计要求且节约的强夯能级。大型土石方工程施工技术研究 中石化中原
50、建设工程有限公司 3 2 3.2.5 强夯施工工序（1）在已平整好的地面，放线定位标出第一遍夯点位置，并测量工作面的高程；（2）强夯机具就位，测量夯前锤顶高程，进行第一遍强夯；（3）将夯锤起吊至预定高程，开启脱钩装置，夯锤脱钩自由下落，放下吊钩，测量锤顶高程；（4）重复步骤（3），按设计规定的夯击次数及控制标准，完成一个夯点的夯击；当夯坑过深而发生起锤困难，但无明显隆起，也尚未达到控制标准时，向坑内填料，记录填料数量，继续夯击；（5）换夯点，重复（2）（4），完成全部第一遍夯点施工；（6）推平场区，测量强夯后地面高程；（7）在一定的时间间隔后，按上述步骤逐次完成全部夯击遍数；（8）推平，测量夯