爆破減震緩沖墊在深基坑鋼筋混凝土支撐梁拆除的應(yīng)用

成旭++孟祥棟++鄭里華++許明嬌++呂國(guó)才++李民++張陽(yáng)++李磊++齊普衍

摘 要：本文介紹了臨近海港的天津塘沽某業(yè)務(wù)綜合樓、深基坑鋼筋混凝土支撐梁，首次應(yīng)用緩沖墊減震爆破拆除方法，并提出柔性防護(hù)新措施。深基坑共設(shè)三道鋼筋混凝土水平支撐梁，詳細(xì)介紹了爆破拆除設(shè)計(jì)原則和施工工藝。并對(duì)幾種常用的基坑支撐環(huán)梁拆除方式，爆破拆除、機(jī)械拆除和人工拆除的施工特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行對(duì)比和分析。

關(guān)鍵詞：臨海深基坑 三道支撐防護(hù)梁 緩沖墊爆破減震拆除 柔性防護(hù)

中圖分類號(hào)：TV551.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2017）09（b）-0067-04

1 工程概況

天津塘沽某業(yè)務(wù)綜合樓于地下室施工期間共有三道支撐防護(hù)梁，支護(hù)采用臨時(shí)性水平支撐的地下連續(xù)墻支護(hù)形式。基坑地下水位隨海水潮位起落而變化，地下連續(xù)墻以及已經(jīng)施工完畢的內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到的側(cè)壓力，遠(yuǎn)比內(nèi)陸地區(qū)深基坑大得多。該項(xiàng)目總建筑面積為18.7萬(wàn)m2，總建筑高度270m，擬建3層地下室，基坑占地面積約17000m2。±0.000m相當(dāng)于大沽高程+4.080m。第一道支撐上部標(biāo)高為-3.400m，第二道支撐上部標(biāo)高為-8.300m，第三道支撐上部標(biāo)高為-13.300m。待拆除支撐防護(hù)體系跨度大，交接處多，材質(zhì)堅(jiān)固，基坑占地面積大，基礎(chǔ)底板上承臺(tái)、豎筋較多，工期較緊。因此，本次拆除工程對(duì)拆除的順序、后續(xù)鋼筋的切割及渣土的清理有嚴(yán)格要求。但精心設(shè)計(jì)、精心施工、嚴(yán)格管理，可以在滿足工期要求的前提下，完成拆除任務(wù)。

支撐防護(hù)梁結(jié)構(gòu)平面圖如圖1所示，支撐梁型包括：環(huán)梁1：截面尺寸1800mm×800mm；環(huán)梁2：截面尺寸1200mm×700mm；支撐1：截面尺寸1400mm×800mm；支撐2：截面尺寸800mm×700mm；支撐3：截面尺寸700mm×700mm。

2 地下支撐梁拆除方案

常規(guī)施工方法，一般是由下而上逐道拆除水平支撐，由于受到主體工程工期的制約，不能按常規(guī)作業(yè)方式施工，形成水平支撐梁夾于樓板之間的情況，因此，如何安全快速地拆除水平支撐梁系統(tǒng)，就成了影響整個(gè)工程施工進(jìn)度和施工安全的一個(gè)重要環(huán)節(jié)和關(guān)鍵。在地下室底板澆筑之前就開始考慮水平支撐梁系統(tǒng)的拆除方案。

采用人工拆除法：施工效率低工期長(zhǎng)；施工安全較差；液壓錘拆除破碎程度高，回收方便，無(wú)飛石危害，但是工期長(zhǎng)，噪聲大、粉塵較多等，液壓錘擊的噪聲能達(dá)到102.4dB，且作用時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了周邊工作人員的正常工作，會(huì)對(duì)周邊居民產(chǎn)生干擾，如采用傳統(tǒng)機(jī)械拆除方法，時(shí)間長(zhǎng)，一道梁最少需要20天，從而無(wú)法滿足整體工期的要求；采用靜態(tài)膨脹劑拆除法：要鉆的孔眼數(shù)量多；膨脹劑膨脹產(chǎn)生的脹力小于鋼筋的拉應(yīng)力，該力可使混凝土脹裂，但拉不斷鋼筋，要進(jìn)一步破碎，還得用風(fēng)鎬處理，工作量大、施工成本最高。采用爆破拆除法：效率高、工期短、成本適中，爆破法雖然會(huì)產(chǎn)生爆破振動(dòng)和飛石，但隨著爆破技術(shù)的發(fā)展和新型爆破器材的出現(xiàn)，用控制爆破法對(duì)支撐梁進(jìn)行拆除已經(jīng)取得成功。根據(jù)拆除工程的要求，通過(guò)精心設(shè)計(jì)施工和防護(hù)，嚴(yán)格控制爆破危害，完全能夠達(dá)到快速經(jīng)濟(jì)高效拆除支撐梁的目的。采用微差爆破技術(shù)拆除圍護(hù)水平支撐，極大地減少了采用人工風(fēng)鎬拆除的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工人作業(yè)的勞動(dòng)環(huán)境，縮短了人工拆除的施工工期。

同等距離處，爆破拆除振動(dòng)峰值遠(yuǎn)大于機(jī)械拆除振動(dòng)峰值，基坑內(nèi)部近區(qū)范圍內(nèi)爆破拆除振動(dòng)峰值大于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，采用微差爆破技術(shù)配合使用爆破減震緩沖墊拆除和柔性防護(hù)，使基坑爆破振動(dòng)峰值較小，低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，且振動(dòng)持續(xù)時(shí)間短、爆破次數(shù)少，因此不會(huì)對(duì)周邊結(jié)構(gòu)造成損傷影響。機(jī)械拆除振動(dòng)峰值較低但工期較長(zhǎng)，工作效率較低，且與基坑建設(shè)相干擾；而爆破拆除工期較短，工作效率較高，又不與基坑建設(shè)相干擾，對(duì)于工期較緊的工程，機(jī)械拆除根本不適合。

施工方案經(jīng)過(guò)專家論證，采用毫秒微差延時(shí)爆破降振技術(shù)拆除配合使用緩沖墊減震和柔性防護(hù)切實(shí)可行。

3 爆破拆除施工技術(shù)

欲爆破拆除的支撐防護(hù)梁結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.1 爆破拆除設(shè)計(jì)

爆破拆除時(shí)必須保證整個(gè)深基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)定、澆筑地下室各層的質(zhì)量、周圍房屋和過(guò)往行人及車船的安全，同時(shí)防止止水帷幕破裂使海水大量滲入深基坑內(nèi)。

為確保爆破拆除工作順利進(jìn)行，工程技術(shù)人員共同攻關(guān)、認(rèn)真研究，參考其他地區(qū)內(nèi)支撐爆破拆除的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)本工程內(nèi)支撐不同的部位的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)選用不同的藥量孔徑、孔深、孔距以及炮眼布置方式和引爆方式。

爆破設(shè)計(jì)采用直徑40mm的炮孔，直徑32mm的乳化炸藥，根據(jù)支撐梁斷面結(jié)構(gòu)、單位炸藥消耗量情況，確定爆破參數(shù)。

具體爆破參數(shù)：

（1）最小抵抗線W=0.3m。

（2）孔間距a 取0.9m。

（3）炮孔排距b=0.3m。

（4）炮孔深度L取0.6m。

（5）單位炸藥消耗量q=1.16kg/m3。

（6）設(shè)計(jì)藥量：

Q=qv/n=qaBH/n=300g

其中：a為孔距，m；H為構(gòu)件截面高，m；B為構(gòu)件截面寬，m；n為構(gòu)件橫向炮孔排數(shù)；V為n個(gè)炮孔負(fù)擔(dān)的體積，m3。

環(huán)梁1網(wǎng)路設(shè)計(jì)：

設(shè)計(jì)藥量為300g，每束最多不能超過(guò)20根導(dǎo)爆管雷管，一束起爆同一時(shí)間起爆的炮孔最多為8個(gè)，單響藥量為2.4kg，孔內(nèi)采用毫秒10、11、12段雷管，孔外使用毫秒3段雷管連接。

環(huán)梁2網(wǎng)路設(shè)計(jì)：

設(shè)計(jì)藥量為200g，每束最多不能超過(guò)20根導(dǎo)爆管雷管，一束起爆同一時(shí)間起爆的炮孔最多為14個(gè)，單響藥量為2.8kg，孔內(nèi)采用毫秒11、12段雷管，孔外使用毫秒3段雷管連接。

支撐1網(wǎng)路設(shè)計(jì)：

設(shè)計(jì)藥量為300g，每束最多不能超過(guò)20根導(dǎo)爆管雷管，一束起爆同一時(shí)間起爆的炮孔最多為10個(gè)，單響藥量為3kg，孔內(nèi)采用毫秒11、12段雷管，孔外使用毫秒3段雷管連接。endprint

支撐2網(wǎng)路設(shè)計(jì)：

設(shè)計(jì)藥量為200g，每束最多不能超過(guò)20根導(dǎo)爆管雷管，一束起爆同一時(shí)間起爆的炮孔最多為20個(gè)，單響藥量為4kg，孔內(nèi)采用毫秒11段雷管，孔外使用毫秒3段雷管連接，如圖3所示。

支撐3網(wǎng)路設(shè)計(jì)：

設(shè)計(jì)藥量為250g，每束最多不能超過(guò)20根導(dǎo)爆管雷管，一束起爆同一時(shí)間起爆的炮孔最多為20個(gè)，單響藥量為5kg，孔內(nèi)采用毫秒11段雷管，孔外使用毫秒3段雷管連接。

本網(wǎng)路單孔藥量設(shè)計(jì)最大藥量300g，單響藥量控制在2.4kg左右，孔外延期傳播速度快，孔內(nèi)雷管起爆延期時(shí)間長(zhǎng)，孔外傳爆結(jié)束后孔內(nèi)雷管才起爆，空間及起爆順序的合理設(shè)計(jì)，可使起爆網(wǎng)路按預(yù)定的順序安全起爆。

對(duì)以上不同斷面支撐防護(hù)梁爆破設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行匯總，見表1。

總體網(wǎng)路設(shè)計(jì)：

起爆信號(hào)發(fā)出后，通過(guò)主線將爆破能量傳遞至各分支的連接雷管，將傳遞時(shí)間在各分支的前兩束雷管處分開，連接全部采用MS3段雷管向后傳遞，為了降低爆破震動(dòng)，除了減少單孔炸藥量，還采用加強(qiáng)傳爆導(dǎo)爆管雷管接力式簇并聯(lián)起爆網(wǎng)絡(luò)。該起爆系統(tǒng)由起爆雷管、孔外傳爆雷管和孔內(nèi)起爆雷管組成。選用毫秒延時(shí)微差緩沖爆破降振技術(shù)（專利），分層、分區(qū)、分段逐步爆破拆除，使炮孔內(nèi)的炸藥量逐段爆破，達(dá)到降低地震波、減少空氣沖擊波的目的。減少因爆破振動(dòng)波疊加帶來(lái)的振動(dòng)破壞作用。

采用非電導(dǎo)爆管起爆，導(dǎo)爆管雷管用導(dǎo)爆管和四通連成復(fù)式并聯(lián)網(wǎng)路如圖3所示，高能起爆器起爆。

爆破產(chǎn)生的振動(dòng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于人工拆除，對(duì)地下連續(xù)墻以及已經(jīng)施工完畢的內(nèi)部結(jié)構(gòu)對(duì)爆炸振動(dòng)波的控制是整個(gè)爆破風(fēng)險(xiǎn)控制的源頭。因此，在與地下連續(xù)墻以及已經(jīng)施工完畢的內(nèi)部結(jié)構(gòu)接觸的基坑支撐梁的炮孔內(nèi)，加裝減震緩沖墊（專利）如圖4所示，大幅度降低爆破產(chǎn)生的振動(dòng)沖擊荷載，避免引起破壞。

3.2 爆破拆除法安全分析和控制措施

（1）爆破振動(dòng)：炸藥爆炸瞬間產(chǎn)生地震波，使周圍建筑物產(chǎn)生振動(dòng)，地震波與炸藥的藥量成正比，與距離成反比，爆破安全規(guī)程規(guī)定，一般建筑物和構(gòu)筑物的爆破地震安全性，應(yīng)滿足安全震動(dòng)速度的要求，作業(yè)時(shí)，采用毫秒雷管、降振專利技術(shù)，嚴(yán)格控制每一區(qū)段起爆的炸藥量，使地面質(zhì)點(diǎn)的震動(dòng)速度低于規(guī)范允許值。

（2）飛石控制：確保鉆孔質(zhì)量、孔距和孔深；嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求裝填炸藥量；嚴(yán)密防護(hù)：每個(gè)炮口上壓一個(gè)砂包，支撐梁再用橡膠條帶包住梁頂與梁側(cè)，在梁頂橡膠條帶上再壓砂包；實(shí)行柔性防護(hù)。采用良好的防護(hù)技術(shù)，使得爆破飛石運(yùn)動(dòng)范圍局限于基坑范圍內(nèi)，不會(huì)對(duì)周邊結(jié)構(gòu)和人員造成危害。

（3）噪聲控制：炮眼裝好炸藥之后，用炮泥堵密實(shí)，壓上橡膠條帶和砂袋，可減少噪聲，另外用電力起爆法，微差爆破，時(shí)間短，噪聲能有效控制。

3.3 爆破拆除施工

為避免能量集中，嚴(yán)格控制單孔藥量，采取了多打孔、少裝藥、微差延期起爆和柔性防護(hù)等措施，將能量合理分散、減少對(duì)外釋放。起爆之前，斷開主要傳遞振動(dòng)的聯(lián)系部分，即斷開支撐與圍檁的連接。根據(jù)支撐梁結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)選擇采用連續(xù)的裝藥方式。先用炮棍清孔，放入炸藥，起爆雷管放在中部藥包內(nèi)，使用含水量適宜、粘度合適的泥土作為填塞材料，用炮棍將炮泥擠實(shí)，保證填塞的質(zhì)量。炮孔的填塞長(zhǎng)度應(yīng)能阻止爆炸氣體過(guò)早地沖出孔外，使混凝土破碎更加充分。具體可以視混凝土性質(zhì)和炸藥的性質(zhì)而定。當(dāng)填塞長(zhǎng)度等于抵抗線時(shí)，可嚴(yán)格控制飛石。所以，根據(jù)具體性質(zhì)和周圍環(huán)境，進(jìn)行合理填塞長(zhǎng)度選擇，在炮孔口壓沙袋的辦法，可加強(qiáng)填塞效果，控制爆破飛石。

為了嚴(yán)格控制爆破產(chǎn)生的大量飛石，爆破前在基坑頂面和側(cè)面覆蓋橡膠防護(hù)毯作為飛石防護(hù)裝置，爆破后發(fā)現(xiàn)，防護(hù)橡膠毯未遭到破壞，基坑外面無(wú)爆炸飛石，主動(dòng)控制飛石的方法主要體現(xiàn)在爆破參數(shù)與網(wǎng)路設(shè)計(jì)上，被動(dòng)控制的方法主要基于頂部和側(cè)面對(duì)爆破體進(jìn)行覆蓋。具體措施為頂部防護(hù)措施用鋼管做支撐骨架，支撐面距離爆體以上支面鋼管的縱橫間距為在支撐頂部骨架上鋪設(shè)廢膠皮，膠皮上用井字型鋼管壓牢，側(cè)面防護(hù)措施，側(cè)向防護(hù)棚應(yīng)距離支撐外側(cè)以上，膠皮掛在鋼管骨架內(nèi)側(cè)并用鐵絲加以綁扎，覆蓋到被爆體下部即可。

因?yàn)榛觾?nèi)各種施工機(jī)械建筑材料電氣設(shè)備較多，相鄰建筑與爆破區(qū)域距離較近。故要考慮爆破飛石的危害。為了將爆破飛石控制在安全范圍內(nèi)，特制定專項(xiàng)防護(hù)搭設(shè)方案。

待前期炸藥雷管裝填完畢后，采用人工將橡膠輸送帶輕拿輕放，順著起爆網(wǎng)路順序，均勻地覆蓋在被爆體上，搭接部分應(yīng)在50～80cm，并用鋼絲以每80cm綁扎二道，為防止飛石在瞬間飛出損壞其他網(wǎng)路及設(shè)施，第一道綁扎的鋼絲不易過(guò)緊，適當(dāng)留有20～30cm的上下自由空間，防止飛石掙斷第一道鋼絲，特設(shè)第二道綁扎鋼絲，適當(dāng)留有40～50cm自由空間，防止橡膠帶被炸開，將飛石控制在安全距離以內(nèi)。

4 爆破振動(dòng)及飛石安全距離驗(yàn)算

按網(wǎng)路設(shè)計(jì)分段計(jì)算，參照《工程爆破實(shí)用手冊(cè)》計(jì)算出一次最大段單響藥量為2kg，在實(shí)際爆破中，一次齊發(fā)爆破炸藥量均控制在2kg以內(nèi)，并且同一時(shí)間起爆的炸藥分散分布，能量在空間上不集中，爆破振動(dòng)安全距離將遠(yuǎn)小于15m。

爆破震動(dòng)引起建筑物破壞的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，主要是根據(jù)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度來(lái)衡量?；又伪撇鸪鸬馁|(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度衰減公式：

V=K（R/Q1/3）-ɑ

式中：V為質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度，cm/s；Q為同時(shí)爆破的最大裝藥量，kg；R為測(cè)點(diǎn)至炮孔裝藥源的距離，m；ɑ為爆破地震波衰減系數(shù)，與天津類似淤泥質(zhì)軟土有關(guān)，與支撐梁爆破體和地下土體地面接觸面積大小有關(guān)，取1.3～2.0，本次計(jì)算取1.8；K為與爆破方法、裝藥條件等因素有關(guān)。參考天津類似工程設(shè)計(jì)用參數(shù)，本次計(jì)算取80。

布置了6臺(tái)測(cè)振儀，測(cè)點(diǎn)布置如下。

（1）在工地周圍距離較近的建（構(gòu)）筑物旁布置測(cè)點(diǎn)。

（2）周圍重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象處布置測(cè)點(diǎn)。

（3）距離理論計(jì)算的振動(dòng)安全距離15m處布置測(cè)點(diǎn)。

二號(hào)機(jī)Z通道數(shù)據(jù)最大，具體如圖5所示。

由上可知本次爆破作業(yè)的振動(dòng)對(duì)周圍建筑的影響屬于正常允許范圍，本次爆破作業(yè)完全屬于安全作業(yè)。

支撐防護(hù)梁結(jié)構(gòu)爆破拆除起爆瞬間如圖6所示，支撐防護(hù)梁結(jié)構(gòu)爆破后效果如圖7所示。

5 結(jié)論

本工程分兩期歷時(shí)5天，爆破后，混凝土完全破碎，爆破效果及安全達(dá)到設(shè)計(jì)要求，得到業(yè)主及總包單位的好評(píng)。得到以下幾點(diǎn)結(jié)論。

（1）所采取的爆破拆除方案技術(shù)（專利）是可行的，確保了深基坑及保留的圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定。

（2）在拆除爆破中，引入爆破降振等專利技術(shù)，不僅能達(dá)到預(yù)期的爆破效果，即混凝土與配筋基本分離并且大部分留在鋼筋籠里，鋼筋籠膨脹主筋沒(méi)斷，而且有效地控制爆破震動(dòng)和飛石。確保基坑及周邊地下通道和民房的安全。

（3）采用隔空柔性全封閉防護(hù)措施對(duì)防止飛石和沖擊波是安全可靠的。

（國(guó)家專利局授予專利：ZL201220230579.7.，ZL 201220107888.5，ZL201220750552.0）

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