◎陈正辉 湖南省水运建设投资集团有限公司

随着我国经济社会的迅速发展，科学技术的不断突破，人民的生活水平逐步提升，城市人口迅速增加，依靠机械、火药等方式拆除水下工程设施已经不满足城市发展的需求。然而静态破壁技术可以在人口密集、水工设施等环境较为复杂的场景下进行应用，因此静态破碎技术逐步得到人们的重视。

1.静态破碎剂的作用机理

1.1 静态破碎原理

静态破碎工艺的关键技术是静态破碎剂,静态破碎剂（HSCA）是经高温煅烧以CaO为主体的无机化合物并同时混入其他化合物，根据氧化钙与水间的化学性产生氢氧化钙，通过两者间反应的化学方程式（见公式1）可知，当CaO与H2O反应后的膨胀体积大约增大了原有单独CaO体积的1倍。

1.2 静态破碎力学性能分析

本文通过查阅国内外研究文献，静态破碎剂的膨胀压力高达30Mpa，而一般状况下的岩石和素混泥土仅仅需要3Mpa到10Mpa的压力即可。在目前状况下，破裂机理的模型研究主要体现在如下方面：

式中：R：为钻孔的半径，单位mm；ρ：为孔内受力点与孔心得聚力，单位mm；Pr为孔内的膨胀压力，单位Mpa；t:为壁厚，单位mm；

当ρ=R+t时，则：

同时根据弹性力学可以得到轴向、径向以及环向应力：

根据广义的胡克定律：

然后在将公式带入得到膨胀压力：

1.3 影响静态破碎的主要因素

本文通过查询国内外针对影响静态破碎剂相关参数的研究文献，梳理了在现状条件下，影响静态破碎在不同时间的膨胀压参数表，见表1。

表1 各龄期的膨胀压

2.静态破碎技术在工程中的应用

2.1 工程概况

湘江2000 吨级航道建设一期工程项目是湖南省重点工程，该项目主要是将湘江株洲航电枢纽至城陵矶1000吨级航道等级升为2000吨级并配备相应航道支持保障系统，航道等级提升后，株洲大桥由原来单孔通航变为双孔通航，但上行通航孔临近10#桥墩约30m处有两个2个混凝土墩，每个体积约140m3（L＊B＊H=700＊500＊400cm），严重影响了船舶航行安全，需清除至设计河底高程26.8m以下。

2.2 破碎工程设计

（1）最小抵抗线：即第一排孔与自由面的距离，它的大小取决于破坏对象的几何尺寸、配筋率和排列情况、要求破碎块度等，一般来说：

无筋和少筋混凝土：

钢筋混凝土：

考虑到湘江桥区航道为无筋混凝土，标号为C20，所以工程中W取30cm。

（2）孔距和排距。由于静态破碎剂的破坏力远小于常规炸药，所以排距和孔距均较小，根据经验公式孔距a=K(破碎系数)＊D（孔径），取孔距a=40cm。

排距b 的大小与物体的自由面有关系，自由面少，b取小值；自由面多，b取大值，要求多排孔分次破碎时，排距b一般小于孔距a，一般情况下取

本工程自由面稍多，要求多排孔分次破碎，据经验b=30cm。

（3）孔深L。孔深大小主要取决于设计破碎面的高度（H）和钢筋的约束程度，根据经验：

无筋混凝土：

钢筋混凝土：

考虑到湘江桥区航道墩体为无筋混凝土，所以孔深L取0.80H。

2.3 静态破碎的效果分析

本文通过查询国内外针对在静态破碎时裂缝面积的相关研究，结合本文的实际工程，本文在计算裂缝面积采用如下的计算公式：

式中：α为破碎剂的体积膨胀率，w为孔周裂缝总宽度，β为裂缝面积比，l为试件上表面切缝总长度，d为试件上表面切缝平均宽度，d'为试件上表面切缝初始宽度，A为试件上表面面积。

本文以破碎剂体积膨胀率为纵坐标、钻孔灌入破碎剂浆体后的时间为横坐标建立了静态破碎剂体积膨胀率时程曲线，见图1。通过对曲线的分析可知：当开裂后，破碎剂体积膨胀率随着时间推移而不断增大，前期发展快，后期发展缓慢并逐渐趋于稳定，此外，角部孔的体积膨胀率最大，边部孔次之，中部孔最小。

图1 破碎剂体积膨胀率时程曲线

3.结论

本文首先概述静态破碎技术的研究现状，然后结合国内外研究现状阐述了静态破碎的原理以及静态破碎力学性能的分析以及影响静态破碎的主要因素，最后以湘江桥区航道的清障工程为例阐述了静态破碎技术在工程的具体应用，研究成果对于促进静态破碎技术的发展起到一定的积极作用。