用静态破裂剂破裂混凝土的设计与施工.pdf

收稿日期 文章编号 （ ） 用静态破裂剂破裂混凝土的设计与施工 白聚波李荣菊 （ 河北省建设勘察研究院 石家庄市 化工部干部管理学院 石家庄市 ） 摘要在环境复杂且不能施爆的情况下， 用静态破裂剂破裂岩石或混凝土不失为一条捷径。本文从 力学角度分析了静态破裂剂的作用原理， 如何确定合理的孔距以及采用空心孔的有关技术。介绍了 静态破裂剂的应用及其施工注意事项。 关键词静态破裂剂；混凝土；施工应用 中图分类号 文献标识码 ） ） （ ） ， “ ） ’ ’ ’ ， “ ） ， ’ ’， * * , ’ ’ ’ - , , ， , , ’ ’ “ , - ’ ’ ’ ’ ， , , ’ , ’ ’ - ； ； , ’ 概述 在地基处理施工中， 经常会遇到深埋于地下的混凝土基础。为排除障碍， 一般用爆破方法 拆除。爆破作业虽然可控制飞石等危害。但终究难以避免噪声和震动。使用静态破裂剂很适 合在复杂环境条件和规模不大时的混凝土、 岩石等介质的拆除。但由于理论计算资料相对较 少， 仅凭厂家给出的几组经验数据（ 如地表多个自由面条件下的孔间距、 最小抵抗线、 水灰比 等） ， 当工程具体情况出入较大时， 施工参数难于正确选择。我们依据弹性理论中孔边应力集 中的分析计算， 得出了计算孔距的公式， 并结合有关工地进行了初步验证是可行的。 第 卷第期 年月 爆破 . / 0 1 2 3 ’ - 1 - - 万方数据 工地基本情况 年月我们承担了一个保龄球馆地基处理任务。在施工中遇到一处地下混凝土基 础妨碍施工。据查系一座旧地磅基础。埋深 ， 由 厚 素混凝土层， 卵石 砌层 厚三合土层组成。障碍物距南侧二层楼房仅， 距东侧六层楼， 致使根桩 无法成孔灌注。因环境限制， 不许采用控制爆破。基于当时情况， 为了安全顺利地完成任务， 拟采用静态破裂剂进行作业。 图空心孔应力集中图 静态破裂剂在混凝土介质中的应力分析 空心孔的应力集中分析 混凝土可视为均质连续的弹性材料。根据弹性力学有关理论可 知， 受力弹性体具有小孔时， 孔边应力远大于无孔时该处的应力， 离 开孔边应力急剧减小， 这种现象称应力集中， 如图所示， 应力集中 具有明显局部性。如图所示， 、、三孔相邻且位于同一直线 上。、 孔内装入破裂剂，为空心孔。 ，孔破裂剂产生的应力场使 连线 贯通； 孔破裂剂产生的应力场使 连线贯通。孔受到、两孔产生的应力影响， 取合 图应力集中局部性图 适的组合系数并叠加， 近似看成处应力正交均 布， 径向压应力和环向拉应力分别为 （ ） 式中， 炮孔半径； 孔壁内均布压 应力。 由于， 应力与距离的平方成反比， 在工程实践中， 只计算装药孔对最近临孔的作用， 而 孔内的膨胀应力对孔的破坏影响常忽略不计。 孔在双向均布应力、作用下， 形成以为圆心对称分布的径向应力 和环向应力 （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） 第 卷第期白聚波等用静态破裂剂破裂混凝土的设计与施工 万方数据 工地基本情况 年月我们承担了一个保龄球馆地基处理任务。在施工中遇到一处地下混凝土基 础妨碍施工。据查系一座旧地磅基础。埋深 ， 由 厚 素混凝土层， 卵石 砌层 厚三合土层组成。障碍物距南侧二层楼房仅， 距东侧六层楼， 致使根桩 无法成孔灌注。因环境限制， 不许采用控制爆破。基于当时情况， 为了安全顺利地完成任务， 拟采用静态破裂剂进行作业。 图空心孔应力集中图 静态破裂剂在混凝土介质中的应力分析 空心孔的应力集中分析 混凝土可视为均质连续的弹性材料。根据弹性力学有关理论可 知， 受力弹性体具有小孔时， 孔边应力远大于无孔时该处的应力， 离 开孔边应力急剧减小， 这种现象称应力集中， 如图所示， 应力集中 具有明显局部性。如图所示， 、、三孔相邻且位于同一直线 上。、 孔内装入破裂剂，为空心孔。 ，孔破裂剂产生的应力场使 连线 贯通； 孔破裂剂产生的应力场使 连线贯通。孔受到、两孔产生的应力影响， 取合 图应力集中局部性图 适的组合系数并叠加， 近似看成处应力正交均 布， 径向压应力和环向拉应力分别为 （） 式中， 炮孔半径； 孔壁内均布压 应力。 由于， 应力与距离的平方成反比， 在工程实践中， 只计算装药孔对最近临孔的作用， 而 孔内的膨胀应力对孔的破坏影响常忽略不计。 孔在双向均布应力、作用下， 形成以为圆心对称分布的径向应力 和环向应力 （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （ ） （） 第 卷第期白聚波等用静态破裂剂破裂混凝土的设计与施工 万方数据 如图所示， 垂直于 连线方向上， 在孔内壁上， 应力最大。 取， 代入 （ ） 式 （） 由圣维南原理可知， 应力集中局部性很强， 偏离上述位置时， 应力减小而逐渐趋于均布。 在垂直方向上拉应力最大， 所以以为起点， 很容易形成沿 连线的裂缝。其判定条件 为 〔拉〕（） 〔 拉〕 为混凝土抗拉强度极限值。 孔间距的确定 静态破裂剂是以特殊硅酸盐、 氧化钙为主要原料配制成的粉状物体。主要膨胀源为氧化 钙， 其水化反应初期， 生成的 （ ） 呈微细的胶质状， 随着时间推移， 逐渐形成各向异性的 六角形晶体， 并使体积增大。自由状态下膨胀率可达倍， 在受约束的状态下， 这种体积的膨 胀将转化为力使介质开裂。 图钻孔布置图 本工程选用武汉工业大学研制的静态破裂剂， 膨胀 压力约 ／ ， 混凝土抗拉强度为 ／ ， 薄壁钻成孔直径 ， 两孔间距由公式 （ ） 可知 〔拉 〕 故 施工要点 （）测定桩位。埋设护筒， 下挖 至混凝土顶 面。 （）确定桩心。划同心圆。考虑土体压力及其他约 束， 再计入施工误差等不利因素， 孔间距取 。如图所示， 护筒直径 ， 桩径 ， 在 圆周上均布个小孔， 孔间距约 。为击落 顺利， 沿直径方向另行布置加密孔。 （）钻孔。为避免噪音和振动， 用薄壁钻成孔。施 工时周边孔向外倾斜， 倾角约 。钻进时需用清水冷 却钻具和排渣， 循环水在坑底积存会影响孔位标记。钻 爆破 年月 万方数据 如图所示， 垂直于 连线方向上， 在孔内壁上， 应力最大。 取， 代入（ ） 式 （ ） 由圣维南原理可知， 应力集中局部性很强， 偏离上述位置时， 应力减小而逐渐趋于均布。 在垂直方向上拉应力最大， 所以以为起点， 很容易形成沿 连线的裂缝。其判定条件 为 〔 拉〕 （ ） 〔 拉〕 为混凝土抗拉强度极限值。 孔间距的确定 静态破裂剂是以特殊硅酸盐、 氧化钙为主要原料配制成的粉状物体。主要膨胀源为氧化 钙， 其水化反应初期， 生成的 （ ） 呈微细的胶质状， 随着时间推移， 逐渐形成各向异性的 六角形晶体， 并使体积增大。自由状态下膨胀率可达倍， 在受约束的状态下， 这种体积的膨 胀将转化为力使介质开裂。 图钻孔布置图 本工程选用武汉工业大学研制的静态破裂剂， 膨胀 压力约 ／ ， 混凝土抗拉强度为 ／ ， 薄壁钻成孔直径 ， 两孔间距由公式（ ） 可知 〔 拉 〕 故 施工要点 （ ）测定桩位。埋设护筒， 下挖 至混凝土顶 面。 （ ）确定桩心。划同心圆。考虑土体压力及其他约 束， 再计入施工误差等不利因素， 孔间距取 。如图所示， 护筒直径 ， 桩径 ， 在 圆周上均布个小孔， 孔间距约 。为击落 顺利， 沿直径方向另行布置加密孔。 （ ）钻孔。为避免噪音和振动， 用薄壁钻成孔。施 工时周边孔向外倾斜， 倾角约 。钻进时需用清水冷 却钻具和排渣， 循环水在坑底积存会影响孔位标记。钻 爆破 年月 万方数据 孔时可用木棍插入已钻好的孔中， 以便确定其他待钻孔的位置。配用加长杆取芯， 钻到三合土 层终止。 （ ）清孔及装药。掏净坑内积水， 用木杆和棉丝将孔内存水吸尽， 并向孔内装填少许破裂 剂干粉， 用于吸潮。操作人员戴好眼镜、 口罩、 防护手套， 用水调和破裂剂， 水灰比按 控制。 将搅拌均匀的药浆迅速装入孔内， 分钟内完成操作。采取隔孔装填方式灌入破裂剂， 最后 用水泥袋和草袋覆盖， 防止冲孔伤人。 （ ）底部处理。 小时后， 可见细小裂隙沿孔间连线贯通。考虑到三合土及下部土层的 支承， 混凝土块不易击落， 为创造自由面使混凝土架空， 可在空心孔内注水， 用长钢筋充分刺 捣， 使下部土体饱和溶蚀， 以降低承载力。 体会 （ ）在工地上按上述处理方法已成功解决了三个桩孔的问题， 得到了甲方及近邻居民的 好评。 （ ）在半无限体介质中， 因缺少自由面可用空心孔充当自由面， 小孔边缘的应力集中有助 于裂隙的形成和发展。 （ ）空心孔可以做为导向孔， 或再装药扩大开裂效果， 或用于插入钢钎， 撬动移位。 （ ）用破裂剂对结构体进行破碎时， 裂缝一般较小。在地表施工时， 在灌注破裂剂浆体的 同时， 在孔内栽入短钢筋， 裂缝后用大锤侧向击打， 一举两得， 能充分破碎块体。 参考文献 武汉工业大学非金属矿系爆破研究室静态爆破剂使用说明书 石家庄铁道学院地下工程教研室铁路工程爆破［］ 石家庄经济学院应用弹塑性力学［］ 北京 地震出版社， 刘清荣控制爆破［］ 武汉 华中工学院出版社， 第 卷第期白聚波等用静态破裂剂破裂混凝土的设计与施工 万方数据