静态破碎法施工工艺简介

一、静态破碎法综述 1、静态破碎法概念

静态破碎法 ，又称静态爆破技术，是近年来迅速发展起来的一种破碎（或切割）岩石和混凝土的新方法，通常亦称作静力迫裂和静力破碎技术。其产品为高效无声破碎剂,是一种具有高膨胀性能的粉状无机材料 (英文名：High Rang Soundless Cracking Agent,简称 HSCA )，是一种不用炸药就能使岩石或混凝土破裂的粉状工程施工材料。（又名静态破碎剂、静态爆破剂、胀裂剂、静裂剂，膨胀剂，破碎剂，爆破剂，无声炸药、破石剂、裂石剂等）。静裂剂一般是经过回转窑高温煅烧，成品以氧化钙为主体，外加适量含有钼、镁、钙、钛等元素的无机盐等外加剂共同粉磨制成。一般宜在-5℃~35℃范围内使用，超出此温度范围，应采取辅助措施。

不同类型、型号的高效无声破碎剂适用温度范围如表1所示。

表1. 不同型号高效无声破碎剂适用温度范围参考表 型号 HSCA---1 HSCA---2 HSCA---3 HSCA---4 适用温度范围 20--- -35℃ 10--- -25℃ 5--- -15 ℃ -8---- 5 ℃

图1. 不同产品和温度变化对高效无声破碎剂膨胀压力的影响

图2. 浓度变化对高效无声破碎剂膨胀压力的影响

图3. 温度变化对同类高效无声破碎剂膨胀压力的影响

图4. 孔径大小对高效无声破碎剂膨胀压力的影响

2、静态破碎法的发展及现状

最早的静态破碎技术及静态破碎剂可追溯到1968年，当年，日本大成建设技术研究所的田中秀男，在理论研究及多次试验成功的基础上，以《混凝土结构物的破碎工法》为题申请专利，其成果的主要内容是：将 CaO 或 MgO 与水拌合后充填到炮孔中，利用浆体水化

反应导致体积膨胀产生压力，使建筑物破坏，达到迫裂的目的，他所采用的CaO 或 MgO也就是最早使用的静态破碎剂。以后日本的小野、住友等株式会社也作了大量的试验研究并获得成功。目前，日本市场上公开出售的静态破碎剂量最少有五种，其适用的温度在－５℃到３５℃之间。

国内的静态爆破及理想的静态破碎剂自80年代初以来，也先后研制成功。但由于市场、原材料、技术、体制等诸多原因，静态破碎及时及静态破碎产品没有得到进一步的开发和广泛应用。近两年来，随着炸药的使用越来越多的受到限制，以及生态、环保等各方面的要求，静态破碎剂越来越受到人们的青睐，并逐步广泛应用于各种工程实践中。

二、静态破碎法作用原理

将一种含有钼、镁、钙、钛等元素的无机盐粉末状静态破碎剂，用适量水调成流动状浆体，直接灌入钻孔中，经水化反应，使晶体变形，随时间的增长产生巨大膨胀压力（径向压应力和环向拉应力），缓慢地、静静地施加给孔壁，经过一段时间后达到最大值，将混凝土或岩石胀裂、破碎。

因为一般被解体的岩石或混凝土均属脆性材料，脆性材料的抗压强度大，抗拉强度小，其抗拉强度远小于抗压强度。岩石的抗拉强度为 4~10Mpa ，混凝土的抗拉强度约 1.5~3.0Mpa ，约相当于其抗压强度的 1/10~1/20 。而通常静态破碎剂的膨胀压力可达 30~50Mpa 。所以，合理的破碎设计（装药量、孔径、孔深和孔间距的确定）是能

够使孔眼周围的介质受到充分破坏的。只要约束继续存在，破碎剂就有持续产生或残留一定程度的膨胀压力的性质，因而能继续增大或产生新的裂缝。

一般，在静态破碎剂灌入岩石或混凝土事先布眼的钻孔内后，被破碎物体就会经历出现裂缝、裂缝传播、裂缝扩大三个过程。

图5. 静态破碎剂产生膨胀压力的破碎机理

图6. 静态破碎剂作用下含两个自由面的被破碎物体裂缝扩展图

图7. 静态破碎剂应用中孔距、孔深和倾度对裂缝方向的影响

经相关研究及试验测定，在温度为 20 ℃、水与破碎剂之比为0.3：1 时，其体积可自由膨胀四倍。 三、静态破碎法的适用范围

（1）混凝土和砖石结构物的破碎、拆除； （2）地下基岩或各种固定岩石的破碎或切割；

（3）大块岩石的预破裂、破裂、切割、破碎及二次破碎； 通常适用于花岗岩、大理、玉石、砂岩、石灰石、硅岩等各种石料开采与切割，成材率提高2~3倍。适用于废旧混凝土与钢筋混凝土构筑物的破碎、拆除，如设备基础、桥墩、柱、梁、墙等。特别适用于不宜采用炸药爆破的场合，进行破碎或拆除作业。使用安全，效率高，无飞尘、无燥声，不中断交通，不停工停产。 （4）沟渠和地基的挖掘； （5）地下工程中挖掘和排除巨石；

（6）海底工程中暗碉的挖掘、移除

但是，由于静态破碎法的特殊施工工艺，该方法不适用于多孔体和高耸结构。

四、静态破碎法的优、缺点： （1） 破碎剂不属于危险物品

传统的爆破技术通常以烈性炸药作为主要破碎剂，其在购买、运输、贮存、操作等过程中都具有一定的危险性，而静态破碎剂只有在一定的化学条件下才会发生预定的化学反应实现爆破目的，在购买、运输、保管、使用中，不受较多限制。 （2） 施工过程安全

传统的爆破工艺施工中，炸药爆破时会产生强烈的震动、空气冲击波、飞石、噪音、有毒气体和粉尘等危害，而静态爆破法施工中不会产生上述危害。 （3） 施工简单

在静态爆破法施工过程中，破碎剂用水拌合后灌入炮孔即可，无须堵塞；不需专业工种，操作方便，工作效率，经济性好。 （4） 需破则破，需留则留。

结合所使用的迫碎剂性能，按照相关要求，设计适当的参数，可达到有计划地分裂、切割岩石和混凝土的目的。 （5）静态破碎剂使用范围有一定的局限性。

与传统爆破剂炸药相比，静态迫碎剂能量不如炸药大，施工中钻孔多，破碎效果受气温及施工人员经验影响较大。一般在不允许使用

爆破方法的环境中，才显露出它的优越性。 五、静态破碎法施工工艺简介 （1）收集资料，明确使用效果

由于全国各地，各个工程不尽相同，而且静态破碎剂的使用效果与施工人员的操作经验有很大关系。因此，施公前，应仔细收集相关资料，明确静态破碎工艺在当地的使用现状及使用效果，应根据不同气温、材质、工作面确定不同的布孔参数设计和不同的施工方案，才能保证较好的破碎效果。 2、设计孔眼布置

应参考欲爆破岩体或混凝土块的硬度、强度等性能指标，合理设计孔眼实际布置，确定孔距排距的大小。一般情况下，被爆破岩体的硬度越大、强度越高，孔距与排距越小，反之则大。表2即为常用静态破碎剂布孔设计参数。

表2.静态破碎剂布孔设计参数

岩石硬度 孔距（cm） 排距（cm） 用量（kg/m3） 3、钻孔

F=4 50 80 5～12 F=6 40 50 8～10 F=8 30 40 10～15 F=12 20 30 12～15 素砼 30 40 8～12 钢筋砼 20 30 15～20 （1）、钻孔直径与破碎效果有直接关系，钻孔过小，不利于药剂充分发挥效力；钻孔太大，易冲孔。我们采用φ42mm钻孔。 （2）、钻孔内余水和余渣应用高压空气吹洗干净。钻孔口旁干净无土渣石。

（3）、钻孔深度一般要求为拱圈厚度的80%—90%。 4、静态破碎剂的搅拌与装填 （1）、搅拌

a. 为安全起见，用手搅拌时，必须戴上橡胶手套。

b. 遵照不同类型、规格的静态破碎剂产品使用说明，严格按照相关的药剂与清水的比例进行调配。

c. 搅拌后，一定要保证破碎剂完全溶解到水中成了浆体，拌成后呈均匀流质状。 (2)、装填

a. 装填前用送风管清除干净钻孔 b. 浆体必须在搅拌后10-15分钟内

倒入孔内，装填到离孔口15mm处，不要填满钻孔。

c. 将浆体倒入孔中，并用略小于钻孔的捅杆捣实捅紧，以确保钻孔中没有气孔。特别长的钻孔，可多分几段，逐段捅实。 d. 对于水平孔，最好是用压浆泵装入。 5、药剂反应时间的控制

药剂反应的快慢与温度有直接的关系，温度越高，反应时间越快，反之则慢。冬季气温较低，药剂反应时间会延长，反应时间太长会给施工带来不便。一般解决办法是加入保温剂和提高拌和水温度。保温剂加入过多，也会降低药剂膨胀力。拌和水温可根据实际适当提高，但最高不可超过40℃，（否则可能冲孔）。反应时间一般控制在15～

30分钟为较好，条件较好的施工现场可根据实际缩短反应时间，以利于施工。 6、注意事项

（1）、每次装填药剂，都要观察确定岩石孔壁、药剂、拌和水、搅拌桶的温度是不是符合要求。

（2）、一般在装填浆体后30-60分钟开始出现裂缝，其后缝隙会越来越宽（膨胀时间最长48小时），如在现场灌装过程中，已经发烫和开始冒气的药剂不允许装入孔内。从药剂加入拌和水到灌装结束，这个过程的时间不应该超过5分钟；操作时应注意观察装填孔，发现有气体冒出有“嘶嘶”声时，喷孔可能立刻就要发生，要立即停止装药。 （3）必要时人为创造自由面

自由面是被破碎的岩石、混凝土等材质与空气接触的面，又叫临空面。 自由面在工程破碎中起着非常重要的作用，有了自由面，破碎后的岩石才能向这个面破坏和移动。

在工程中为了控制破碎效果，常常人为地创造自由面。在长期的实践中，人们总结了一条简单的经验：自由面多，破碎效果好。 7、施工安全措施

（1）、无关人员不得进入施工现场。

(2)、必须避免和减少冲孔发生。冲孔产生的原因较多，大致有以下几种：

①操作人员操作不当。包括药剂已经发热冒气仍在灌装，装填不紧密等；

②温度控制不当。气温高时，拌和水、药剂、钻孔孔壁温度控制不当、抑制剂药量不够，致使药剂反应过快等；

③其它如钻孔直径过大，钻孔内有小孔，装填不密实有空气隔层等等。冲孔时药剂温度较高且有轻微腐蚀性，为防止伤人事故，操作人员必须戴防冲击防尘眼镜和橡胶手套进行操作。

④在药剂灌装入钻孔到岩石或混凝土开裂前，不可将面部直接近距离面对已装药的钻孔。药剂灌装完成后，盖上草垫或棕垫，远离灌装点。观察破裂情况时应更加小心。此外施工现场应专门备好清水和毛巾，冲孔时如药剂溅入眼内和皮肤上，应立即用清水冲洗。

(3)、严禁将药剂装入小孔的容器内加水或加了水后灌装入小口容器内。否则非常危险。

(4)、刚钻完孔和刚冲孔的钻孔，孔壁温度较高，应确定温度正常符合要求并清洗干净后才能继续装药。 六、近年来工程应用实例

1、湖北省皂当路邵家关庙桥旧桥改造工程

改造方案中在拆除原桥拱圈及其它拱上结构，施工中探索采用了静态爆破工艺，在装药四小时后拱圈发生裂缝，裂缝自顶向下贯通拱圈，沿设计好的间距形成网格，使拱圈由刚性整体变成30×40cm的小块。用撬钎就很轻松地就将岩石拆除，整个拆除过程三天完成，对桥台、桥墩基础未造成任何损坏，达到了预期的效果，证明静态爆破工艺具有的造价低、无震动、无噪声、无粉尘、无飞石、无毒气污染等特点和其广泛的推广应用价值。（详见：张建荣、吴开权等，《静态

爆破技术在旧桥改造中的应用与探讨》）； 2、排污管道石方沟槽静态爆破工程（详略）； 3、湖北长阳榔坪中学南山坡岩崩治理工程（详略）。 七、句容长湾基站塔基施工中静态破碎法的可行性

静态破碎法在移动基站铁塔基础施工领域已有比较广泛的应用实例及比较成熟的技术措施，在山体较多的安徽地区，该施工工艺被广泛采用。安徽地区山体较多，大多移动通信基站都建设在山顶或山腰，站址地下多为岩石，且埋深较浅，长期以来，当地的施工队伍就一直尝试、探索适合山区特殊地质情况的施工工艺，近年来，静态破碎法以其独特的技术有点被广泛采用。

根据句容长湾基站站址地址勘探资料，场地勘探深度内土层分布情况为：①层填土，为近期填土，普遍分布，欠均质，低强度，层底埋深0.4m~0.6m；③层残积土，中低压缩性，中高强度, 层底埋深1.6m~1.8m；④-1层强风化角砾岩，属低强度岩基, 层底埋深4.20～4.30m；④-2层中风化角砾岩，属中等强度岩基。

该站拟建35m单管通信塔，结合地质勘探报告及塔架设计内力参数，通过详细计算，铁塔基础设计为大开挖独立基础，基础底板4.6mx4.6m，埋深4m，根据地勘资料，基础埋深范围内主要以强风化角砾岩为主，根据相关地质情况施工经验，若仅靠人工开凿，

则施工难度较大、进展缓慢；若采用机械振捣施工，作业范围要求大，费用较高；如若采用传统爆破方法施工，爆破炸药购买、运输困难，且施工噪音大、飞尘多，作业面不宜控制等。相比较而言，静态破碎施工工艺具有一定的可行性。

具体由技术比较熟练的施工队伍，根据塔基设计图纸及场地情况，合理制定静态破碎施工方案及实施措施，实现预期的爆破效果，较大限度地满足工程建设进度及基站建设经济性要求。