張 偉

(廣西桂通工程咨詢有限公司，廣西 南寧 530028)

0 引言

傳統(tǒng)的路基石方路基邊坡通常采取光面爆破法開挖和挖掘機(jī)相結(jié)合的作業(yè)方式，爆破后采用機(jī)械設(shè)備及時(shí)對險(xiǎn)石和松石進(jìn)行清理，保障邊坡的安全穩(wěn)定性。光面爆破法容易對客觀存在的因素產(chǎn)生較大的影響，不但增加了施工周期和成本，而且還涉及到周邊人民群眾的生命和財(cái)產(chǎn)安全。采用新工藝金剛石繩鋸法對路基石方邊坡進(jìn)行切挖施工作業(yè)，能夠有效地避免對周邊客觀存在的事物產(chǎn)生影響。本文以巴馬至平果坡造工程路基石方邊坡工程為例，介紹了金剛石繩鋸法切挖路基石方邊坡的施工工藝和應(yīng)用效果。

1 工程概況

巴馬至平果坡造公路工程№4標(biāo)為舊路改擴(kuò)建項(xiàng)目，起于K68+000舊城鎮(zhèn)，終于K92+254.5平果縣坡造鎮(zhèn)，與平果至武鳴二級路連接，路線主要沿省道(S208)布設(shè)。項(xiàng)目設(shè)計(jì)為雙車道路基，路基寬度分別為8.5 m和10 m，行車道寬2×3.50 m，路基寬8.5 m的路肩寬2×0.75 m，路基寬10 m的路肩寬2×1.50 m。不設(shè)超高路段行車道，硬路肩的橫坡為2%。主線路面結(jié)構(gòu)形式為：15 cm未篩分碎石+15 cm級配碎石+20 cm水泥穩(wěn)定碎石+1 cm瀝青碎石下封層+透層+24 cm水泥混凝土。利用原有舊路面部分路面結(jié)構(gòu)為：10 cm級配碎石調(diào)平層+20 cm水泥穩(wěn)定碎石+1 cm瀝青碎石下封層+透層+24 cm水泥混凝土。

該項(xiàng)目在里程樁號K89+420～K89+700段石方邊坡石質(zhì)堅(jiān)硬，且距離坡造鎮(zhèn)民房較近，現(xiàn)場無法采用傳統(tǒng)的光面爆破法。先后嘗試使用破碎錘直接破碎、膨脹炸藥爆破、劈裂機(jī)劈裂等多種靜態(tài)爆破施工方法，施工效果都不明顯，施工成本也無法控制。而繩鋸法施工工藝是一項(xiàng)較為成熟的施工工藝，廣泛應(yīng)用于礦山、板材、鋼筋混凝土和墻磚等堅(jiān)硬物質(zhì)的切割拆除，而在公路工程路基石方邊坡施工中還未有先例。為了確保石方邊坡能夠安全、快速順利地進(jìn)行切挖，并且做到不影響周邊的民房設(shè)施，不產(chǎn)生爆破聲響、爆破飛石和爆破振動(dòng)，不影響周邊居民的安全生活生產(chǎn)，項(xiàng)目率先在公路工程石質(zhì)邊坡施工中，采用先進(jìn)的靜力切挖工藝金剛石繩鋸法對該石質(zhì)邊坡順利進(jìn)行切挖，有效地控制了施工成本。

2 金剛石繩鋸法的工藝原理及其特性

2.1 金剛石繩鋸法施工工藝原理

繩鋸是人們在實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐中，充分利用繩鋸木斷的原理設(shè)計(jì)出的一種對脆硬材料進(jìn)行切割的鋸。繩鋸主要由繩鋸驅(qū)動(dòng)、飛輪、導(dǎo)向輪及繩鋸鏈條組成，串珠對繩鋸鏈條進(jìn)行把控，一般規(guī)格型號為Φ7.2～Φ11.5。金剛石繩鋸是以自然界中硬度最高的金剛石作為配方材質(zhì)，將金剛石單晶作為研磨材料鑲?cè)氲嚼K鋸的串珠上，形成了具有切挖任何硬度材質(zhì)的特性。金剛石繩鋸法施工工藝原理主要是，在施工作業(yè)前，先對需要進(jìn)行切除的路基石方邊坡進(jìn)行鉆孔，將金剛石繩鋸沿著鉆好的孔洞穿出形成閉合圈。再通過電動(dòng)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力裝置的繩鋸機(jī)高速驅(qū)動(dòng)下帶動(dòng)金剛石繩鋸與所要切挖的路基石方邊坡進(jìn)行高速運(yùn)動(dòng)研磨切割。在路基石方邊坡切挖過程中，可以進(jìn)行遠(yuǎn)距離的控制操作。高速運(yùn)轉(zhuǎn)的金剛石繩鋸需要靠水來冷卻，并將研磨碎屑帶走，形成了一個(gè)較為完整的靜力切割面；然后再采用相關(guān)的機(jī)械設(shè)備對路基邊坡石方分塊體進(jìn)行吊裝運(yùn)輸，達(dá)到了對路基石方邊坡切挖的目的。本項(xiàng)目所采用的金剛石串珠繩鋸、繩鋸機(jī)、繩鋸機(jī)安裝及切割作業(yè)情況如圖1～4所示。

圖1 金剛石串珠繩鋸現(xiàn)場圖

圖2 金剛石串珠繩鋸機(jī)現(xiàn)場圖

圖3 金剛石繩鋸安裝示意圖

圖4 切割作業(yè)示意圖

2.2 金剛石繩鋸法施工特性

在實(shí)際操作過程中，金剛石繩鋸機(jī)具有安裝方便，不受場地和空間的限制，使用靈活等特點(diǎn)，能夠?qū)λ型诘穆坊竭M(jìn)行橫切割或者豎切割。根據(jù)動(dòng)力的劃分主要分為電動(dòng)繩鋸機(jī)和液壓繩鋸機(jī)。本文對巴馬至平果坡造公路工程項(xiàng)目路基石方切挖所用的金剛石繩鋸機(jī)施工特性進(jìn)行了歸納總結(jié)，并跟傳統(tǒng)的路基石方邊坡施工工藝進(jìn)行比較分析，主要特點(diǎn)比較如表1所示。

表1 傳統(tǒng)施工方法與金剛石繩鋸切挖法施工特性比較表

3 金剛石繩鋸法切挖路基石方邊坡施工的應(yīng)用分析

3.1 路基石方邊坡穩(wěn)定性分析

路基邊坡穩(wěn)定性指的是邊坡巖、土體在一定的坡高和坡腳條件下的穩(wěn)定程度。通常情況下分為天然斜坡和人工邊坡，而人工邊坡又分為開挖邊坡和堤壩邊坡。按照邊坡的穩(wěn)定程度主要分為：穩(wěn)定邊坡、不穩(wěn)定邊坡和極限平衡狀態(tài)邊坡三種。巴馬至平果坡造公路工程項(xiàng)目K89+420～K89+700段路基石方邊坡屬于人工開挖邊坡，根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際地質(zhì)條件，路基石方邊坡巖體被地質(zhì)斷裂面所切割，地質(zhì)斷裂所形成的滑坡一般呈平面或者圓弧等規(guī)則形狀。本文采用了曲折滑面邊坡穩(wěn)定性計(jì)算方式對石質(zhì)邊坡進(jìn)行計(jì)算，將滑體分為若干條塊，曲折滑坡邊坡穩(wěn)定性計(jì)算如圖5所示。

圖5 曲折滑坡邊坡穩(wěn)定性計(jì)算示意圖

3.2 金剛石繩鋸法工藝操作流程

巴馬至平果坡造公路工程項(xiàng)目K89+420～K89+700段路基石方邊坡金剛石繩鋸法施工工藝主要流程如圖6所示。

圖6 金剛石繩鋸法切挖石方邊坡施工工藝流程圖

3.3 金剛石繩鋸法的操作要點(diǎn)

3.3.1 施工前準(zhǔn)備

采用金剛石繩鋸法切挖路基石方邊坡施工時(shí)，要根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際情況做好施工前的準(zhǔn)備工作，其中對于施工機(jī)具的準(zhǔn)備如表2所示。

3.3.2 確定目標(biāo)切挖面

根據(jù)施工圖設(shè)計(jì)和現(xiàn)場的具體技術(shù)要求，確定石方邊坡石塊厚度、形狀及設(shè)計(jì)邊坡位置等，并結(jié)合實(shí)際吊裝運(yùn)輸能力確定目標(biāo)的切挖面。確定切挖面時(shí)，測量技術(shù)人員進(jìn)行切割線的放樣定位，結(jié)合邊坡結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定情況、施工安全及施工可行性等方面確定切挖的整體順序，做到統(tǒng)籌安全，科學(xué)合理。主要考慮以下幾個(gè)方面，確定切挖面如圖7所示。

表2 主要施工機(jī)具設(shè)備表

(1)二次破碎所用設(shè)備能夠破碎的最大厚度用d表示，d值應(yīng)該是通過對該邊坡局部突出、臨空面大的石塊進(jìn)行破碎實(shí)驗(yàn)來確定。

(2)繩鋸后的邊坡表面平整而光滑，破碎設(shè)備將無法對其進(jìn)行再次破碎，所以最后一個(gè)切割面應(yīng)直接以設(shè)計(jì)邊坡為切割面。

(3)石方邊坡石質(zhì)的厚度用D表示，目標(biāo)切割面的數(shù)量和位置根據(jù)D和d來確定。

圖7 確定切挖面示意圖

3.3.3 鉆孔、穿孔和閉合圈

根據(jù)路基石方邊坡的具體情況，如果金剛石串珠繩無法按照既定的目標(biāo)切割面平面圍繞形成閉合圈的時(shí)候，需要對其進(jìn)行鉆孔。

(1)鉆孔要根據(jù)測量放樣所確定的切割平面布置。

(2)鉆孔必須穿過整個(gè)石塊，在石塊的另一側(cè)露出。

(3)根據(jù)切割面的大小，一個(gè)切割面只能鉆一個(gè)孔，可以鉆多個(gè)孔進(jìn)行多次的切割。

(4)鉆孔的孔徑必須要比金剛石串珠繩直徑大。

(5)根據(jù)路基石方邊坡具體的情況采用不同的鉆孔方式：當(dāng)石方邊坡較小，單個(gè)切割面周長小于90 m時(shí)，可以直接從邊坡的一側(cè)鉆孔到另一側(cè)(如圖8所示)；當(dāng)石方邊坡較大，無法直接鉆孔成側(cè)時(shí)，需要每隔30 m采用膨脹炸藥爆破出5 m寬的切割槽，將切割面分為多個(gè)工作面(如圖9所示)。

接著，根據(jù)鉆好的孔，采用金剛石串珠從高處的孔往低處的孔口穿。直至金剛石串珠繩能夠沿著既定的切割面形成閉合圈。

圖8 邊坡較小時(shí)工作面示意圖

圖9 邊坡較大時(shí)工作面示意圖

3.3.4 金剛石繩鋸機(jī)的安裝

充分利用現(xiàn)有的場地作為金剛石繩鋸機(jī)作業(yè)的平臺，將繩鋸機(jī)用M16化學(xué)錨栓固定安裝，金剛石串珠要繞過繩鋸機(jī)的主動(dòng)輪和從動(dòng)輪，輪的邊緣與穿繩孔的中心對準(zhǔn)，并且處于同一個(gè)平面。再對繩鋸機(jī)進(jìn)行調(diào)整，使得金剛石串珠繩能夠繃緊，確保切割面能夠進(jìn)行有效的切割。切割過程中，要做好機(jī)座穩(wěn)定性的檢查，根據(jù)操作過程中的具體情況適時(shí)對輪子的偏向進(jìn)行調(diào)整，始終讓切割繩保持同一平面內(nèi)。在金剛石繩鋸機(jī)割鋸作業(yè)過程中會產(chǎn)生大量的熱量，需要在閉合圈范圍內(nèi)增設(shè)注水點(diǎn)，對繩鋸進(jìn)行冷卻和降低灰塵。金剛石繩鋸機(jī)有電動(dòng)裝置和液壓裝置，根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況采取電動(dòng)裝置。

3.3.5 二次破碎挖除作業(yè)

路基石方邊坡經(jīng)過了金剛石繩鋸機(jī)的切割作用后，硬質(zhì)石體被分為了適當(dāng)厚度的石塊?？刹捎玫跹b設(shè)備對石塊進(jìn)行調(diào)運(yùn)，再采取炮捶式挖掘機(jī)進(jìn)行二次的破碎，直至將石塊運(yùn)輸處理。項(xiàng)目施工情況如圖10～11所示。

圖10 施工前現(xiàn)場圖

圖11 施工后現(xiàn)場圖

3.4 效益分析

巴馬至平果坡造公路工程№4標(biāo)為舊路改擴(kuò)建項(xiàng)目。在K89+420～K89+700段路基石方邊坡施工中，采用新工藝金剛石繩鋸法取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。該工藝施工綜合成本比傳統(tǒng)施工方法低(如表3所示)，有效地緩解了施工對鎮(zhèn)上周邊民房的影響，節(jié)約了施工成本，提高了施工效率，并且減少了對原有道路的交通干擾，對路塹邊坡形成切割鏡面，降低了邊坡的防護(hù)成本。金剛石繩鋸法切挖路基石方邊坡施工工藝是在傳統(tǒng)施工工藝難以滿足施工要求的條件下產(chǎn)生的。相對于傳統(tǒng)的施工工藝，該工藝是路基石質(zhì)邊坡切挖技術(shù)發(fā)展應(yīng)用的一大飛躍。該工藝具有技術(shù)先進(jìn)、綜合經(jīng)濟(jì)效益突出等優(yōu)勢，主要體現(xiàn)如下：

(1)安裝方便，施工簡單，提高了公路工程路基邊坡石方施工的機(jī)械化水平，減少了勞力資源。

(2)提高了工程效率，降低了工程成本，縮短了工程工期，能夠確保結(jié)構(gòu)整體安全，對周邊的構(gòu)筑物影響較小。

(3)符合低碳節(jié)能的環(huán)保要求，噪音低，粉塵氣體污染小，具有標(biāo)準(zhǔn)化、精細(xì)化施工作業(yè)模式，具有現(xiàn)代化文明施工建設(shè)的優(yōu)越性。

表3 傳統(tǒng)施工方法與金剛石繩鋸切挖法經(jīng)濟(jì)效益比較表

4 結(jié)語

綜上所述，金剛石繩鋸法切挖施工工藝成功應(yīng)用于巴馬至平果坡造公路工程路基石方邊坡的施工，有效地促進(jìn)了現(xiàn)場的施工安全和質(zhì)量控制，確保了周邊民房的安全和減少了對居民的干擾，提高了項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益。項(xiàng)目對該施工工藝進(jìn)行總結(jié)，獲得了建設(shè)單位的認(rèn)可，也成為了優(yōu)秀的企業(yè)級工法。該工法施工效率高、安全性突出，特別適用于硬度較大的石方及受限于特殊環(huán)境的施工現(xiàn)場，具有著較高的可靠性和實(shí)用性，是促進(jìn)社會可持續(xù)發(fā)展的有效技術(shù)性措施，值得在類似工程項(xiàng)目推廣應(yīng)用。

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