基坑鋼混支撐拆除爆破技術

胡 彬，孫海旺

(天津致遠爆破工程有限公司，天津 300300)

隨著我國城市建設的快速發(fā)展，高聳建筑物對人防及停車位的要求，迫使公共建筑物向地下空間延伸，基坑越挖越深，導致本來只在軟土城市出現(xiàn)的鋼筋混凝土支撐梁(以下簡稱支撐)慢慢的出現(xiàn)在全國各地?；觾仍O置鋼筋混凝土支撐主要是為了確?；影踩?，支撐拆除是一項風險系數(shù)很高的分項工程[1]。中國最早采用爆破方式拆除的基坑支撐工程是：1989年，上海市南京路的海倫賓館項目鋼筋混凝土支撐爆破工程(以下簡稱“支撐爆破”)。支撐爆破工藝在一代又一代爆破人的摸索、鉆研下不斷改進，時至今日已然成為非常成熟的施工手段。爆破器材從最早的電雷管和銨銻炸藥，逐漸過渡到導爆管雷管或數(shù)碼電子雷管[2]和乳化炸藥；爆破防護從起初的竹笆片和麻袋的近體防護，逐漸過渡到強度更高的鋼板和橡膠皮帶的離體防護[3]，直至今天的主體結構自體防護；起爆網路延時設置形式也是經歷了從無到有再細化到孔內外雷管聯(lián)合延時；支撐爆破方量也從最早的單次爆破不足100 m3到單次爆破10 000 m3。

但隨著人們對環(huán)保、建設單位對工期要求的不斷提高，支撐爆破的有害效應在今天顯得比較突出，比如爆破振動[4]、粉塵、噪聲，這些有害效應在很大程度上制約了爆破工藝在支撐拆除領域的應用。支撐爆破在很多城市都列為工程重大危險源進行專項論證和管理，在確保安全的前提下，如何快速的拆除支撐仍是亟待解決的問題[5]。

1 支撐拆除工藝

1.1 工藝概述

目前支撐拆除主要方法有：大型機械破碎拆除法、金剛石鏈鋸切割拆除法、爆破拆除法[6]。大型機械破碎拆除支撐因施工振動及長時間噪聲污染，已經慢慢退出支撐拆除領域；金剛石鏈鋸切割拆除支撐對起吊設備及基坑內水平駁運設備的要求過高，特別是在駁運時對樓板承載要求過高也限制了其使用空間。但是在一層支撐或者基坑底板完成后即可拆除支撐的項目中，以上兩種方式還是有各自優(yōu)勢，機械成本最低，鏈鋸對外界影響最小。但是對于超深基坑、多層支撐，采用離體防護的爆破方式拆除支撐(以下簡稱“常規(guī)支撐爆破”)，其以靈活、快速的優(yōu)點正成為拆除施工的優(yōu)勢工法。

為了最大限度的節(jié)約工期和保證安全，除了常規(guī)支撐爆破以外，支撐悶爆拆除爆破技術是在主體結構施工過程中不進行大范圍支撐爆破，只對影響豎向結構施工部分的支撐進行局部爆破或切割，待主體結構施工至正負零，地下室車道形成，再開始進行大范圍支撐爆破。此技術規(guī)避了常規(guī)支撐爆破施工飛石、沖擊波的影響，極大地減少了噪聲、粉塵的污染，并且不會影響主體結構的施工工期，正日漸成為主流的支撐拆除工藝。常規(guī)支撐爆破施工工藝流程如圖1所示。

圖1 施工流程Fig.1 Construction process

1.2 工藝特點

1)安全。①圍護結構的安全，首先，圍護結構和支撐(腰梁)先后澆筑，兩者之間存在自由面(施工縫)，爆炸產生的應力波壓縮、拉伸混凝土，混凝土的抗拉強度很小(約1/10的抗壓強度)，混凝土將產生裂隙，而且高壓氣體在裂縫中的“氣楔”作用，把裂縫向前擴展，可達到幾十厘米，隨即沒有裂縫可以向前發(fā)展，而且高壓氣體達到施工縫時已外泄。所以說支撐爆破不會造成圍護結構滲水、位移等安全問題。其次，孔內外雷管聯(lián)合延時爆破技術，降低單段藥量等措施進一步降低爆破振動。最后，支撐悶爆技術可以在對支撐大范圍拆除前，只對阻擋豎向結構的支撐進行局部爆破或者切割(最好在設計階段就最大限度的避開豎向結構)，絕大部分的支撐仍發(fā)揮作用，相當于為基坑安全增加了雙倍保險系數(shù)。②主體結構的安全，不論是常規(guī)支撐爆破還是支撐悶爆，從水平方向看，支撐與豎向結構已經分離；從豎直方向看，支撐懸空在主體結構內部，配合孔內外雷管聯(lián)合延時爆破技術，可以做到最大程度地降低爆破振動，確保主體結構的安全。③周圍環(huán)境的安全，常規(guī)支撐爆破防護采用鋼板、橡膠皮帶(以下簡稱“強防護”)，完全可以確保將爆破飛石、噪聲、粉塵控制在安全范圍內，而支撐悶爆，自體結構遮擋了飛石，削弱了噪聲和粉塵的污染，可將對周圍環(huán)境的影響降到最小，確保了周圍環(huán)境的安全，為支撐爆破在城市中的運用開拓出新的市場。

2)快速。一般來說，無論采用何種非爆破方法拆除支撐，都會占用工期。相比大型機械破碎和金剛石鏈鋸切割拆除支撐，爆破法拆除支撐除爆破裝藥當天外，預埋孔、清孔、補孔、爆破防護搭設都可以穿插在主體結構施工的相應工序內進行，不占用工期。如果在主體結構內部進行支撐悶爆，更不占用主體結構施工工期的主線路，在地下室形成后和上部主體結構同時施工，最大限度的節(jié)約工期。并且支撐爆破可以在幾秒內一次性完成大工程量的支撐拆除任務。在天津灣D地塊項目支撐爆破工程的施工中，單次拆除爆破支撐9 600 m3；在武漢光谷新世界二標段支撐爆破工程的施工中，單次拆除爆破支撐4 200 m3。均創(chuàng)下了目前全國常規(guī)支撐爆破和支撐悶爆單次爆破的最大工程量紀錄。

3)節(jié)約。炸藥在爆炸過程中，產生的應力波傳遞到混凝土和鋼筋的界面上發(fā)生反射和折射，由于介質密度不同，應力波的傳播速度有所差異，導致鋼筋和混凝土完全分離，使鋼筋無損傷暴露，能最大限度地減少支撐拆除過程中的鋼筋損耗。另外，在主體結構內部進行支撐悶爆，不需要搭設爆破防護措施，節(jié)約了防護費用，直接減少了支撐拆除的成本。

4)施工靈活。大型機械破碎和金剛石鏈鋸切割拆除支撐都需要使用大型設備，可能會受到結構承載力的約束。爆破法拆除支撐作業(yè)主要由人操作，只要人能安全到達的位置都可以進行作業(yè)，不需要機械、設備所必須的操作空間。拆除工程量、拆除位置，可根據(jù)要求隨意指定，方便靈活。

2 爆破設計

2.1 預埋孔及腰梁爆破

預埋材料最好選用紙管，與PVC管相比，紙管在插入混凝土后吸水，使周圍混凝土失水產生握裹力，預埋管直挺不易偏斜，一次埋入成孔率比較高。1 m3混凝土需要炮孔3～5個，按照爆破工程量2 000 m3計算，預計炮孔數(shù)量10 000個，后期鉆孔工作量太大。所以，選用預埋孔工藝(孔徑40 mm)，即在支撐混凝土打滿槽后，初凝前進行炮孔預埋，現(xiàn)場施工效果如圖2所示。

圖2 預埋孔現(xiàn)場施工Fig.2 Site construction of embedded blastholes

腰梁是支撐拆除爆破施工的重點和難點，腰梁的臨空面比支撐少一個并且緊靠灌注樁或地連墻，因此，在爆破裝藥的過程中，孔內外雷管延時要合理使用，確保外側先起爆，靠近灌注樁或地連墻的部位后起爆。

如果基坑周邊有對振動比較敏感的建筑或設備，則相對應部位的腰梁需要進行金剛石鏈鋸切割處理，切斷爆破振動向圍護結構傳播的途徑(見圖3)，達到削弱振動的效果。

圖3 腰梁減振切割現(xiàn)場Fig.3 Cutting waist beam for reduction vibration

2.2 爆破參數(shù)

1)孔網參數(shù)。針對不同支撐結構、混凝土強度、鋼筋數(shù)量及截面等情況，應當選擇合理的爆破參數(shù)，并選擇不影響結構穩(wěn)定性的典型支撐構件進行試爆。通常情況下，可按下述選取爆破參數(shù)：孔徑D= 40 mm；炸藥單耗q，支撐臨空面較多，取值1 000 g/m3；腰梁臨空面較少，取值1 300 g/m3；水平方向抵抗線WB=0.25～0.4 m；孔距a=(1.5～2)WB；排距b=(0.7～1.0)WB，采用梅花形布孔方式；孔深L=0.8H，H為梁截面高度；單孔藥量Qd=qaMH/n，M為梁截面寬度，n為炮孔排數(shù)。

2)裝藥結構。采用孔底集中裝藥結構，每個炮孔內裝入1發(fā)雷管，炸藥選用2號巖石乳化炸藥，裝藥后，可用黃沙進行填塞并用木棍搗實，裝藥結構如圖4所示。

圖4 裝藥結構Fig.4 Charge structure

3)起爆網路。起爆網路設計應遵循以下原則：為了進一步降低爆破對圍護結構的影響，每一個爆區(qū)起爆時首先起爆腰梁與支撐相交處的單元段；支撐上的炮孔應沿孔距方向逐段延時傳爆，腰梁上的炮孔應由自由面至圍護結構的方向逐排延時起爆；支撐寬度較大，布置炮孔排數(shù)多，網路延時應滿足每個起爆單元的外側炮孔先起爆，內側炮孔后起爆，以提高破碎效果；嚴格控制單段齊爆藥量，將爆破有害效應控制在允許范圍內；采用導爆管雷管，網路設計應遵循孔內高段，孔外低段的原則。

2.3 安全防護

1)常規(guī)支撐爆破防護。①水平防護，因部分支撐梁之間跨度較大(大于10 m)，需使用Φ48鋼管搭設支撐骨架(要求防護支撐面必須距離爆體2.5 m以上)，支撐面鋼管的縱橫間距為0.6 m×1.5 m，鋼管之間用扣件連接牢固；上鋪單層鋼板(厚度10 mm)，鋼板縱橫向搭接不小于10 cm(見圖5)。②豎直防護，側向防護用橡膠皮帶從上層支撐懸掛下來，至少超過待爆支撐底面50 cm，在距離支撐底面20 cm處，橡膠皮帶內外用2根螺紋鋼筋夾緊，每逢2塊膠皮帶相交處，用10號鐵絲將兩根鋼筋扎牢，將傳送帶連接成整體(見圖6)。

圖5 水平防護Fig.5 Horizontal protection圖6 豎直防護Fig.6 Vertical protection

2)支撐悶爆防護。支撐悶爆時，支撐已經封閉在主體結構內部，主體結構本身可以充當防護，更安全，更環(huán)保，更節(jié)約成本(見圖7)。

圖7 支撐悶爆主體結構防護Fig.7 Frame protection for support muffled blasting

3 工程應用

3.1 工程概況

因項目建設施工需要，天津灣某項目基坑支護換撐結構達到設計強度時，需拆除基坑支撐梁結構。該基坑支撐拆除爆破施工環(huán)境復雜，距離最近的居民小區(qū)僅26 m。本次爆破工程量9 600 m3，總裝藥10 t，雷管30 100發(fā)。2019年5月一次性完成爆破，經爆后檢查，爆破未對周圍造成破壞，爆破取得圓滿成功。該工程案例的主要爆破參數(shù)如表1所示?；又问┕と叭鐖D8所示。

表1 主要爆破參數(shù)設計

圖8 支撐全景Fig.8 Support panorama

3.2 爆后效果分析

支撐爆破的爆后效果主要參考混凝土脫離鋼筋籠的情況。

①若爆破后混凝土塊碎裂充分，但仍在鋼筋籠內部，對于2排孔支撐則適當增大炸藥單耗；對于3排及多排孔支撐應加大中間孔裝藥量并確認排間起爆順序，保證外側先起爆。②若爆破后主筋凌亂落于地面，箍筋飛散距離很遠，應適當減小炸藥單耗。③若爆破后主筋充分暴露，混凝土基本脫離鋼筋籠，主筋上依然有箍筋存在，鋼筋籠還能保持大概的支撐位置、形狀，則說明爆破參數(shù)合理，爆破后的效果如圖9所示。

圖9 爆破后效果Fig.9 Performance after blasting

4 結語

支撐爆破采用多布孔、少裝藥、孔內外雷管聯(lián)合延時、強防護施工技術。采用普通塑料導爆管非電系統(tǒng)起爆，實現(xiàn)段間延時或排間延時，控制最大單段藥量，可以滿足大方量、工期緊的支撐爆破工程安全施工。支撐悶爆時，不需要爆破防護，避免了清渣作業(yè)占用主體結構的施工工期以及爆破沖擊波、噪聲、粉塵對周邊產生影響。