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信托定融政信知识:
采用一般的爆破方法会使围岩受到一定程度的损坏,影响围岩稳定性,并产生严重的超欠挖,经济上造成很大的浪费光面爆破是为了控制周边轮廓并能维持围岩稳定的一种科学的施工技术,尤其在隧道、地铁等对周边轮廓要求较高的爆破施工中具有较明显的效果,可形成规则、光滑、符合设计要求的轮廓
光面爆破效果受到围岩条件、爆破器材、爆破参数、装药结构等多种因素的影响,在不同的工作环境中,需要经过反复的试验与优化,才能获得最佳效果
关键词:隧道;光面爆破;围岩 1.工程概况 某隧道工程续穿越含砂粘性土、强风化花岗岩、中亚带、强风化煌斑岩,其余段为中~微风化隧道围岩
地貌形态为剥蚀斜坡,场地地形稍有起伏,对II、III 级围岩采用上、下断面光面爆破技术进行施工,为了降低施工成本、控制周边轮廓、减小对邻近围岩稳定性的影响,在施工过程中需要不断地探索合适的爆破参数与工艺
2.光面爆破技术的优化 在隧道掘进过程中,针对大断面隧道安全高效钻爆施工技术进行了专门的试验与研究,取得了很好的效果
2.1. 爆破参数 2.1.1. 周边孔间距E 周边眼间距是影响开挖轮廓面平整度的主要因素,一般采用以下经验公式确定E = (12~15)d 式中,d为炮孔直径,经统计,现场平均炮孔直径为42 mm
合理的周边眼间距需要结合围岩类型、岩石条件等因素进行选择,对于节理发育、层理明显的地段,周边眼间距可适当减小
隧道掘进过程中,遇到的主要是II、III级围岩
在经验公式计算值的基础上,结合工程实践中的爆破效果比较,对II 级围岩,取E = 350 mm;对III 级围岩,取E = 350 mm
2.1.2 炮孔密集系数m 炮孔密集系数m 是衡量光面爆破效果的一项重要指标,取决于周边孔间距E 与最小抵抗线W
根据实践经验,在隧道施工中一般取m =0.6 ~1.2为宜
本工程经过多次试验与效果对比,确定炮孔密集系数m=0.9
2.1.3. 最小抵抗线W 隧道开挖过程中,最小抵抗线一般取决于光爆层的厚度,它直接影响光面爆破效果和爆破块度
最小抵抗线W 可以通过炮孔密集系数与周边孔间距来确定,即W = E /m
结合现场优化试验,对II 级围岩,取400 mm; 对III 级围岩,取400 mm
2.1.4. 装药集中度q 本工程中II 级围岩的岩石平均抗压强度为183 MPa,III 级围岩的岩石平均抗压强度为148 MPa
经计算,II 级围岩光爆孔的装药集中度q=169g /m,取170g/m,III 级围岩光爆孔的装药集中度q= 127.7g/m,取130g/m
利用光爆孔装药集中度的上述取值进行现场试验,由试验结果发现计算值对应的装药量偏低,效果不佳
根据爆破效果,不断优化和调整装药量,最后得到了本工程光爆孔装药集中度的最佳取值为II级围岩,q =400g/m,III 级围岩,q=300g/m
2.2. 炮孔布置 在隧道施工过程中,在对地质条件、开挖断面、开挖进尺、爆破器材、振速要求等因素综合考虑的基础上,首先预选爆破参数,然后通过多次不同开挖进尺的试爆,再不断调整和优化爆破参数
针对不同围岩情况,通过多次现场试验和参数调整,确定出了合理的炮孔布置方式
周边眼、辅助眼按环形布孔,掏槽眼按线性布孔
为了能给辅助眼提供充分的自由面,本工程采用复式楔形掏槽,炮孔布置方式见图1
图1 上断面开挖光面爆破设计示意图 2.3.装药结构 通过现场试验,周边孔利用PVC 管,实现连续不耦合装药
将Φ15 mm 的PVC 管劈开,管的长度与炮孔的长度相对应
炸药选用Φ25 mm的小直径药卷,单个药卷重量为300 g
将其一分为四后,按1/4小直径药卷连续装入PVC半管内,在底部将非电雷管塞入炸药内,实现不用竹片、不用导爆索的周边孔装药结构(如图2所示)
与传统的“竹片+导爆索”间隔装药结构(如图3所示)相比,效果更好,成本更低
2.4.起爆网路 选用非电毫秒塑料导爆管起爆系统,为减小爆破震动,相邻段别之间需要保证足够的、合适的毫秒延期时间
根据爆破器材,结合现场试验情况,将相邻段别之间的间隔时间定为50ms
因此,选用1~15段的非电毫秒雷管,跳段使用,可以将工作面炮孔分成七个区域按先后顺序微差起爆
将工作面上各炮孔的导爆管分片集中成束,装入联接块
各联接块外接的导爆管再集中成束装入上一级联接块
依此类推,逐级簇联,最后采用起爆器引爆
图2 连续装药 图3 传统间隔装药 3.爆破效果与经济分析 3.1. 光爆效果 在隧道Ⅱ级围岩地段,经过多次试验,光面爆破效果基本达到了预期要求
爆破后形成了光洁平整的轮廓面,半孔残眼率远远超过了规范规定,达到90%
炮眼利用率达到95%
欠挖很少,补炮工作量不大,超挖基本控制在10cm之内; 爆堆比较集中,岩渣粒度控制在30 cm以内,没有二次解炮的现象,便于铲装
爆破振动监测结果表明,质点( 距爆源30m处) 最大爆破振动速度为3.743cm/s,远小于规定的震动速,不会引起建筑物破坏
总之,隧道的光面爆破效果比较理想,很好地实现了“长进尺、弱扰动、少欠挖、小超挖”的安全高效施工要求
试验过程中光面爆破效果见图4 (a) ,相比之下,传统的间隔装药结构的爆破方法对于超欠挖等不易控制,如图4(b)
图4 光面爆破效果 3.2. 经济效果 试验现场采用了PVC 半管连续不耦合装药结构,与传统的“竹片+导爆索”间隔装药结构相比,爆破效果更好,施工操作更加方便,经济成本更低
表1 给出了两种装药结构的经济对比情况,按一个2m长的周边孔来计算成本
显然,现场试验中采用的PVC半管装药方式,经济效果更加显著
表1 经济比较计算表 序列号材料名称PVC 半管装药竹片、导爆索装药 数量/m 单价/元金额/元数量/m 单价/元金额/元 1PVC 半管21.53/// 2导爆索///23.57 3竹片///20.51 4炸药248248 5雷管24.89.624.89.6 合计 18.68 25.6 结论采用PVC 半管一个周边孔节约5元材料投入 4.应用体会 通过隧道光面爆破技术的试验与应用,再次证明了光面爆破技术是一项较为复杂的系统工程,需要结合实际施工,不断优化参数设计
在施工过程中严格管理,加强对爆破作业各工序的监督与指导
施工过程中要做到工作到位,责任到人,奖罚制度明确
这样以来,可以充分调动施工人员的劳动积极性,提高技术水平,加快施工进度,改善爆破效果,降低爆破成本
从具体的技术角度来讲,在光面爆破施工过程中,需要注意以下几个方面的质量保证: (1)钻孔质量 钻孔质量是保证光面爆破效果的关键,周边孔的外插角掌握不当就会造成超、欠挖,影响周边轮廓的平整度
因此,在安排钻工时,尽量选派技术水平高、经验丰富且责任心强的工人来作业,实行定人、定位、定机、定质、定量的岗位责任制
(2)堵塞质量 爆破作业中,不可忽视堵塞炮泥的作用,尤其是对不耦合系数较大的光面爆破
对于低爆速和低猛度的炸药来说,爆轰气体的作用尤为重要,而堵塞炮泥可以延长其作用时间,形成光滑、平整的轮廓面
(3)严格检查 爆破前,对光爆孔的间距、孔深、外插角按要求进行检查、验收,并详细记录炮孔数目、装药量和围岩变化情况
爆破后检查作业面的平整度、半孔率和超欠挖等,以便根据光爆效果调整和优化爆破参数
参考文献 【1】刘殿中. 工程爆破实用手册【M】.北京:冶金工业出版社,1999. 【2】皮明华. 银洞湾隧道的光面爆破技术【J】.中国港湾建设,2003(2) :39- 41. 【3】李彪,张子新. 京珠高速公路石门坳隧道开挖中光面爆破效果探讨【J】.爆破,2000(2):63-66. 【4】卓国平. 聋潭隧道的光面爆破【J】.铁道工程学报,2003(2):96-99. 【5】马雷,王崇绪. 瀑布沟隧道光面爆破施工技术【J】.西部探矿工程, 2004(5) :133-136. 【6】邓志勇,郭峰. 隧道掘进爆破新技术的探讨【J】. 工程爆破, 1998(4) : 34-38. 小型空心砌块墙体建筑增多,结合笔者多年建筑工程施工实践,论述一下小型空心砌块房屋建筑容易产生裂缝的原因,并对砌块房屋的温度变形和收缩变形产生的原因进行了具体分析阐述;对砌块房屋的温度变形和收缩变形的计算方法及砌块房屋变形裂缝具体的防治措施进行了深入探讨和总结
关键词:空心砌块建筑变形裂缝 0引言 混凝土小型空心砌块是一种新型的建筑材料,它的出现给古老的砌体结构注入了新的生命力
由于它的诸多优点,已经成为替代传统的黏土砖最有竞争力的墙体材料
在竖向孔洞配筋,灌注细石混凝土形成配筋的组合墙体,可以大大改善砌体原有的脆性和不均匀性,从而使之具有良好的抗弯、抗剪能力
适当布置的配筋芯柱,可提高砌块墙体的抗震性能,而且配筋灵活,可以根据受力和构造需要灵活变化以适应不同层数、不同抗震设防烈度、不同部位构造的要求
但是,根据调查发现,小型砌块房屋的裂缝比砖砌体房屋多而且更为普遍,引起了工程界的重视
1砌块房屋的温度变形分析 混凝土小型砌块砌体的线胀系数为10×10-6/℃,比砖砌体的大一倍,因此,小型砌块砌体对温度的敏感性比砖砌体高,更容易因温度变形引起裂缝
由于温度变形引起的墙体裂缝的形状和部位砌块房屋和砖砌体房屋是相类似的,只是带有砌块的特点而已
多层砌块房屋的顶层墙体和砖砌体房屋一样是最容易出现温度裂缝的
尽管混凝土砌体墙体的线胀系数与顶盖混凝土板的线胀系数没有差别,但在夏季阳光照射下两者之间还是存在一定的温差
夏季在阳光照射下,屋面上表面最高温度可达40℃~50℃,而顶层外墙平均最高温度约为30℃~35℃
屋顶和顶层外墙存在10℃~15℃的温差
在寒冷地区,屋盖结构层上面依次设有隔气层、保温层、找平层和防水层
顶盖结构有保温层的保护,它与外墙的温差按理应有所减少
但是,可能保温层不够厚,或防水层渗漏,保温层浸水,降低了保温隔热效果,这时两者温差还是有可能引起墙体的开裂
这种温度裂缝是有明显的规律性:两端重中间轻,顶层重底下轻,阳面重阴面轻
由于顶盖的温度伸缩也会引起与外纵墙相连的顶层横墙的开裂,一般位于天棚下靠近外墙处出现斜向裂缝
顶层墙体开裂裂缝形态与圈梁设置方法有明显的关系,但仅靠圈梁的设置并不能阻止墙体裂缝的产生
顶层圈梁上直接铺设屋面板时,当屋面板坐浆与圈梁结合较好时,圈梁下仍可能出现斜裂缝
如果结合较差,有可能产生水平裂缝
2砌块房屋的收缩变形分析 黏土砖是烧结而成的,成品干缩性极小,所以砖砌体房屋的收缩问题一般可不予考虑
小型空心砌块则是混凝土拌合物经浇筑、振捣养生而成的
混凝土在硬化过程中逐渐失水而干缩,其干缩量因材料和成型质量而异,并随时间增长而逐渐减小
以普通混凝土砌块为例,在自然养护条件下,成型28d后,收缩趋于稳定,其干缩率为0.03%~0.035%,含水率在50%~60%左右,砌成砌体后,在正常使用条件下,含水率继续下降,可达10%左右,其干缩率为0.018%~0.07%左右,干缩率的大小与砌块上墙时含水率有关,也与温度有关
对于干缩已趋稳定的普通混凝土砌块砌体,如再次被浸湿后,会再次发生干缩,通常称为第二干缩
普通混凝土砌块在含水饱和后的第二干缩,其稳定时间比成型硬化过程的第一干缩时间要短,一般为15d左右
第二干缩的收缩率给为第一干缩的80%左右
砌块上墙后的干缩,引起砌体干缩,而在砌体内部产生一定的收缩应力,当砌体的抗拉、抗剪强度不足以抵抗收缩应力时,就会产生裂缝
因砌块干缩而引起墙体裂缝,这在小型砌块房屋是比较普遍的
在内外墙、在房屋各层均可能出现
干缩裂缝形态一般有几种,其一是在墙体中部出现的阶梯形裂缝,其二是环块材周边灰缝的裂缝,其三在外墙多反映在窗下墙,出现竖向均匀裂缝,其四在山墙等大墙面由于收缩还会出现竖向、有的是水平向裂缝
收缩裂缝一般多表现在下部几层,这是由于墙面的收缩变形受基础及横墙的约束所致
有的砌块房屋山墙大墙面中间部位,出现了由底层一直伸到3、4层的竖向裂缝
砌块的含湿量是影响干缩裂缝的主要因素,所以国外对砌块的含湿率(指与最大总吸水量的百分比)有较严格的规定
日本要求各种砌块的含水率均不超过40%
美国和加拿大等国,则根据使用砌块地区的温度环境和砌块线收缩系数≤0.03%时,对于高温环境允许的砌块含水率为45%,中湿为40%,干燥环境时要求含水率不大于35%
3砌块房屋温度、收缩应力计算 3.1温度应力计算 砌体结构温度应力按弹性理论分析比较复杂,应用方便,文献提出一种近似计算方法
根据结构物相互约束的假定,砌体剪应力与相对位移有以下关系: τ=Cx·U(1) 式中:——Cx水平阻力系数,混凝土板与砌块墙体=0.3MPa/mm~0.6MPa/mm
在房屋顶层分割出与相应外纵墙共同工作的顶板宽度b,顶板厚度为h,墙体厚度为t
把墙体视为半限弹性体,在上端有厚为h宽为b的钢筋混凝土板条,由于顶板与墙体的温差,产生温度变形不协调,使顶板受压,接触面上产生剪应力
当顶板与墙顶的自由差异变形较大时,通过摩擦阻力使墙内主拉应力达到一定数值之后,便引起主拉应力斜裂缝或剪应力水平裂缝
混凝土小型空心砌块砌筑的混合结构房屋虽然墙体的线胀系数与顶板混凝土一样,均为10×10-6/℃,但前已述及,砌块砌体的抗拉、抗剪强度要比砖砌体低很多,所以温度裂缝更是不可忽视
以外纵墙的温度应力计算不例,假定屋面板与砌块墙体的温差为10℃,则T=10×10-6×10=10×10-5
墙厚t=190mm,顶板宽度取b=2.55m(进深5.1m)
砌块砌体如使用M5砂浆砌筑,其抗拉强度仅有0.07MPa,抗剪强度仅有0.06MPa,所以它比砖砌体更容易开裂
3.2砌块房屋墙体收缩引起的应力计算 砌体结构收缩引起的应力尚无较好的近似计算方法,本文用Super91有限元程序对砌体墙片的收缩应力进行了弹性范围内的计算
由于基础的约束比较强,故收缩应力在底层比较大,本文所取的算例都取底下两层为计算模型
底边假设为固接,其余三边设为自由边
因是平面墙片,所以用二维平面应力元进行计算
收缩变形在有限元计算中不能直接作为荷载加在结构上,但可根据收缩应变与温度应变相等,把收缩变形换算成温度变形: 房屋山墙长度取房屋宽度L=9.2m,与横墙共同工作的C20混凝土板宽度取开间尺寸的一半b=1.65m,墙厚t=190mm,砌块强度为MU10,砂浆为M5,为考虑纵墙对横墙的约束作用,把纵墙取为横墙的翼缘,尺寸取为6倍墙厚
得到的主拉应力等应力线
可见最大主拉应力出现在墙的下边缘边,而由于纵墙和混凝土楼板的约束作用,每个墙片的中心处为高应力区
σmax=0.913MPa,已远远地超出了砌体的抗拉强度,所以山墙中部易出现竖向的干缩裂缝
外纵墙取一个单元进行计算,L=31.8m,t=0.19m,b=2.4m(进深为4.8m),为简化计算这里没有考虑横墙的影响
得到的σmax=1.569MPa,出现在一层门洞口的下角处,且每个门窗洞口的角上都是高应力区,这就说明了为什么窗角处易出现裂缝
综上所述,砌块房屋裂缝问题涉及因素很多,比较复杂,需要开展更深入的试验研究,研究裂缝产生的机理,影响因素,探索具体薄弱部位,采取更为有效而又经济的防治措施以及对已出现裂缝的修复方案等等
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