大型建筑基坑臨近施工塔吊區(qū)域石方爆破振動(dòng)控制方法

馬海鵬,易建坤,史海兵,王毅凡,李啟月,陳 冠,李維成

（1.湖南鐵軍工程建設(shè)有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410116；2.中南大學(xué) 資安學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083；3.湖南省建筑工程集團(tuán)，湖南 長(zhǎng)沙 410009）

0 前 言

長(zhǎng)沙綠色安全食品交易中心一期工程項(xiàng)目場(chǎng)地基礎(chǔ)（承臺(tái)）基坑石方爆破開挖工程主體部分為一在現(xiàn)有場(chǎng)地標(biāo)高下再下挖約2.5 m的大型L形基坑，合計(jì)方量一萬(wàn)余方。基坑爆破區(qū)域北側(cè)250 m處為糧油放心檢測(cè)中心，東北角300 m處為湖南省糧食集團(tuán)有限責(zé)任公司辦公樓；爆區(qū)東側(cè)邊沿緊挨高度約8 m已支護(hù)的巖石邊坡，高邊坡東側(cè)分布多排建設(shè)施工方湖南建工集團(tuán)項(xiàng)目部板房，最近板房距爆區(qū)約100 m；正南120 m處為安順路；東南方向路南300 m處為一民房，西南方向250 m處為一民房，100 m處為通訊基站，如圖1所示。為確保項(xiàng)目整體進(jìn)度，施工區(qū)域及附近已有樁基施工設(shè)備與隊(duì)伍進(jìn)場(chǎng)施工。故整個(gè)施工區(qū)域內(nèi)及附近的施工設(shè)備與人員也較多，現(xiàn)場(chǎng)情況較復(fù)雜。特別是“L”型爆區(qū)西邊沿偏南有9號(hào)塔吊,西北角有8號(hào)塔吊距離爆區(qū)邊沿43 m，臨近爆破開挖時(shí)產(chǎn)生的爆破振動(dòng)對(duì)高聳結(jié)構(gòu)的塔吊安全性將會(huì)產(chǎn)生影響。如何控制臨近爆破開挖區(qū)域距塔吊的最小振動(dòng)安全距離，控制爆破振動(dòng)水平以確保塔吊的安全性是本項(xiàng)目需要進(jìn)行專門研究的內(nèi)容。

1 基坑爆破開挖區(qū)域爆破振動(dòng)規(guī)律試驗(yàn)研究

要獲得臨近爆破對(duì)施工塔吊產(chǎn)生爆破振動(dòng)的控制方法，需首先了解基坑爆破開挖區(qū)域巖石爆破振動(dòng)規(guī)律。爆破振動(dòng)規(guī)律除與巖石特性有關(guān)外，還與基坑開挖區(qū)域巖體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、地形特征等現(xiàn)場(chǎng)因素有關(guān)。本基坑開挖區(qū)域以中風(fēng)化花崗巖為主，塊狀結(jié)構(gòu)，節(jié)理裂隙較發(fā)育，ROD=70～80，巖體基本質(zhì)量等級(jí)為 III級(jí)。開挖區(qū)域爆破振動(dòng)規(guī)律通過多次爆破試驗(yàn)測(cè)試獲得。

圖1 基坑口部支撐結(jié)構(gòu)和巖石開挖前狀況

1.1 試驗(yàn)方案

由于9號(hào)塔吊是爆炸開挖過程中有關(guān)爆破振動(dòng)控制的重點(diǎn)對(duì)象，故在進(jìn)行爆破振動(dòng)規(guī)律試驗(yàn)時(shí)，振動(dòng)測(cè)試點(diǎn)布置均設(shè)置在試驗(yàn)炮孔（爆源）和9號(hào)塔吊位置連線上，如圖2所示。試驗(yàn)炮孔根據(jù)爆區(qū)的實(shí)際情況和擬定的爆破分區(qū)和開挖推進(jìn)方案有針對(duì)性的設(shè)置不同位置，炮孔裝藥量也根據(jù)類似爆破工程經(jīng)驗(yàn)和設(shè)計(jì)方案選擇幾種不同裝藥量。爆破振動(dòng)測(cè)試使用Blastmate Pro6高級(jí)振動(dòng)和過壓監(jiān)測(cè)儀[1]和NUBOX-8016爆破振動(dòng)智能監(jiān)測(cè)儀兩種振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

圖2 試驗(yàn)布置

1.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)獲得多組不同試爆藥量條件下距爆源不同距離測(cè)點(diǎn)爆破振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)，部分測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示，部分測(cè)試點(diǎn)爆破振動(dòng)波形如圖3所示。

圖3 試爆藥量3.2 kg（距爆源32.3 m處）測(cè)點(diǎn)振動(dòng)波形

表1 多次試爆爆破振動(dòng)測(cè)試數(shù)據(jù)

在基坑開挖區(qū)域測(cè)得的多組爆破振動(dòng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，根據(jù)薩道夫爆破振動(dòng)速度公式進(jìn)行回歸分析[2]。

式中，R為測(cè)點(diǎn)距爆源直線距離，m；Q為炸藥量，齊發(fā)爆破為總藥量，延時(shí)爆破為最大單段藥量，kg；V為測(cè)點(diǎn)質(zhì)點(diǎn)振速，cm/s。

爆破振動(dòng)速度隨著比例距離的變化規(guī)律如圖 4所示。

圖4 爆破振動(dòng)回歸散點(diǎn)圖及曲線

2 塔吊爆破振動(dòng)控制

2.1 爆破參數(shù)選取

本項(xiàng)目基坑開挖位于城鎮(zhèn)環(huán)境，故整體上采用淺孔臺(tái)階控制爆破開挖方案，依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件和以往類似工程經(jīng)驗(yàn)，選取爆破參數(shù)如下：

（1）孔徑D：D=38 mm；

（2）臺(tái)階高度H：H=2.5 m；

（3）最小抵抗線W：W=(0.4～1.0)H，取1.0 m；

（4）炮孔超深h：h=(0.1～0.15)H，取0.3 m；

（5）炮孔深度L：L=H+h=2.8 m；

（6）孔距a：a=(1.0～2.0)W，取1.3 m；

（7）排距b：b=(0.50～0.9)a，取1.0 m；

（8）單位耗藥量q=0.5 kg/m3；

（9）單孔裝藥量：Q=qaWH=1.625 kg。

為盡量降低9號(hào)塔吊爆破振動(dòng)水平，隨著爆源距9號(hào)塔吊距離的變近，可將起爆方式調(diào)整為逐孔連接，單孔單響的方式，將單段起爆藥量降至最低，即1.625 kg。

2.2 9號(hào)塔吊的爆破振動(dòng)安全分析

9號(hào)塔吊位于本項(xiàng)目基坑爆破開挖區(qū)西南角，距爆區(qū)最近，故爆破振動(dòng)對(duì)9號(hào)塔吊影響最大，但目前爆破振動(dòng)對(duì)塔吊安全性影響并沒明確評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)?，F(xiàn)有爆破安全規(guī)程[2]對(duì)塔吊這類高聳結(jié)構(gòu)物的爆破振動(dòng)允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度未作出明確規(guī)定。文獻(xiàn)[3]視塔吊的抗震烈度設(shè)計(jì)為 VI，對(duì)應(yīng)的爆破振動(dòng)允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度按3～5 cm/s進(jìn)行安全評(píng)估。為確保絕對(duì)安全，本項(xiàng)目將塔吊按一般民用建筑物處理，其允許質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度按1.5 cm/s標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行安全評(píng)估。

依據(jù)多次試爆所獲得的適用于本基坑實(shí)際的爆破振動(dòng)速度公式（1），取Q=1.625 kg（單孔單響）、V=1.5 cm/s代入式（1），可反推計(jì)算安全距離R=18.4 m。取Q=3.25 kg（兩孔一響）、 V=1.5 cm/s代入式（1），可反推計(jì)算安全距離R=23.2 m。

故按上述最大允許振動(dòng)速度1.5 cm/s，單段藥量1.625 kg時(shí)，只要爆區(qū)距塔吊距離不小于18.4 m，即可認(rèn)為爆破振動(dòng)對(duì)塔吊的安全是不會(huì)產(chǎn)生影響的。

2.3 9號(hào)塔吊的爆破振動(dòng)控制專項(xiàng)措施

通過上述單段最大藥量為1.625 kg條件下的9號(hào)塔吊爆破振動(dòng)安全分析可知，要確保臨近爆破對(duì)9號(hào)塔吊安全性無(wú)影響，控制爆破振動(dòng)水平，需從以下幾個(gè)方面采取具體專項(xiàng)措施：

（1）爆源距塔吊直線距離不小23 m時(shí)，爆破可采用雙孔一響的微差起爆方式；爆源距塔吊距離大于18 m小于23 m時(shí)，爆破采用單孔單響的微差起爆方式；

（2）在距塔吊18 m內(nèi)的周邊用潛孔鉆在爆源與塔吊位置連線垂直方向設(shè)置一排減振孔或利用機(jī)械破除方式開鑿減振溝；

（3）在爆源與塔吊連線上設(shè)置爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)塔吊實(shí)施全過程爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)；

（3）監(jiān)測(cè)結(jié)果超標(biāo)時(shí)，及時(shí)降低炸藥單耗和單孔裝藥量；

（4）塔吊18 m范圍內(nèi)石方采用膨脹劑、劈裂棒結(jié)合破碎錘的綜合開挖方式進(jìn)行開挖。

2.4 塔吊爆破振動(dòng)控制效果監(jiān)測(cè)與分析

為確保9號(hào)塔吊在爆破開挖過程中的爆破振動(dòng)安全，檢驗(yàn)爆破振動(dòng)控制措施的有效性，對(duì)9號(hào)塔吊實(shí)施全程爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)。監(jiān)測(cè)方案為在塔吊基座上和附近沿塔吊與爆源連線方向設(shè)置多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，如圖5所示。

多次監(jiān)測(cè)結(jié)果均表明，通過采用上述多種振動(dòng)控制措施與方法，臨近爆破對(duì)9號(hào)塔吊的爆破振動(dòng)水平始終控制在1.5 cm/s以下。其中表2為爆源距塔吊直線距離為29.6 m時(shí)，采用雙孔一響的爆破方式對(duì)9號(hào)塔吊產(chǎn)生爆破振動(dòng)的實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果。表2中監(jiān)測(cè)結(jié)果與按式（1）計(jì)算結(jié)果的對(duì)比可知，監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)振動(dòng)水平大多數(shù)較計(jì)算值低，這表明所采取的設(shè)置減振溝、減振孔等控制措施起到了一定的作用。

圖5 9 號(hào)塔吊監(jiān)測(cè)方案

表2 某次爆破九號(hào)塔吊振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果

3 結(jié) 論

本文對(duì)長(zhǎng)沙綠色食品交易中心基礎(chǔ)基坑石方爆破開挖區(qū)域的石方爆破振動(dòng)規(guī)律進(jìn)行了試驗(yàn)研究，獲得了符合本基坑開挖區(qū)域?qū)嶋H條件的爆破振動(dòng)速度計(jì)算公式。以此為基礎(chǔ)，結(jié)合淺孔臺(tái)階控制爆破參數(shù)，分析了9號(hào)塔吊爆破振動(dòng)安全性，提出了爆破振動(dòng)綜合控制措施。多次爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表明臨近爆破對(duì)塔吊產(chǎn)生的爆破振動(dòng)始終在控制水平以下，振動(dòng)控制綜合措施是有效的。但如塔吊此類高聳結(jié)構(gòu)物的爆破振動(dòng)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定還需要進(jìn)一步研究。