基坑鋼混支撐拆除爆破技術(shù)

胡 彬，孫海旺

(天津致遠(yuǎn)爆破工程有限公司，天津 300300)

隨著我國城市建設(shè)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(dǎo)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?nèi)設(shè)置鋼筋混凝土支撐主要是為了確保基坑安全，支撐拆除是一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)很高的分項(xiàng)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(xiàng)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(jìn)，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(dǎo)爆管雷管或數(shù)碼電子雷管[2]和乳化炸藥；爆破防護(hù)從起初的竹笆片和麻袋的近體防護(hù)，逐漸過渡到強(qiáng)度更高的鋼板和橡膠皮帶的離體防護(hù)[3]，直至今天的主體結(jié)構(gòu)自體防護(hù)；起爆網(wǎng)路延時設(shè)置形式也是經(jīng)歷了從無到有再細(xì)化到孔內(nèi)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(shè)單位對工期要求的不斷提高，支撐爆破的有害效應(yīng)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(yīng)在很大程度上制約了爆破工藝在支撐拆除領(lǐng)域的應(yīng)用。支撐爆破在很多城市都列為工程重大危險(xiǎn)源進(jìn)行專項(xiàng)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(jī)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(jī)械破碎拆除支撐因施工振動及長時間噪聲污染，已經(jīng)慢慢退出支撐拆除領(lǐng)域；金剛石鏈鋸切割拆除支撐對起吊設(shè)備及基坑內(nèi)水平駁運(yùn)設(shè)備的要求過高，特別是在駁運(yùn)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(xiàng)目中，以上兩種方式還是有各自優(yōu)勢，機(jī)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(hù)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(diǎn)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(shù)是在主體結(jié)構(gòu)施工過程中不進(jìn)行大范圍支撐爆破，只對影響豎向結(jié)構(gòu)施工部分的支撐進(jìn)行局部爆破或切割，待主體結(jié)構(gòu)施工至正負(fù)零，地下室車道形成，再開始進(jìn)行大范圍支撐爆破。此技術(shù)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(jié)構(gòu)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(diǎn)

1)安全。①圍護(hù)結(jié)構(gòu)的安全，首先，圍護(hù)結(jié)構(gòu)和支撐(腰梁)先后澆筑，兩者之間存在自由面(施工縫)，爆炸產(chǎn)生的應(yīng)力波壓縮、拉伸混凝土，混凝土的抗拉強(qiáng)度很小(約1/10的抗壓強(qiáng)度)，混凝土將產(chǎn)生裂隙，而且高壓氣體在裂縫中的“氣楔”作用，把裂縫向前擴(kuò)展，可達(dá)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(dá)到施工縫時已外泄。所以說支撐爆破不會造成圍護(hù)結(jié)構(gòu)滲水、位移等安全問題。其次，孔內(nèi)外雷管聯(lián)合延時爆破技術(shù)，降低單段藥量等措施進(jìn)一步降低爆破振動。最后，支撐悶爆技術(shù)可以在對支撐大范圍拆除前，只對阻擋豎向結(jié)構(gòu)的支撐進(jìn)行局部爆破或者切割(最好在設(shè)計(jì)階段就最大限度的避開豎向結(jié)構(gòu))，絕大部分的支撐仍發(fā)揮作用，相當(dāng)于為基坑安全增加了雙倍保險(xiǎn)系數(shù)。②主體結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)已經(jīng)分離；從豎直方向看，支撐懸空在主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，配合孔內(nèi)外雷管聯(lián)合延時爆破技術(shù)，可以做到最大程度地降低爆破振動，確保主體結(jié)構(gòu)的安全。③周圍環(huán)境的安全，常規(guī)支撐爆破防護(hù)采用鋼板、橡膠皮帶(以下簡稱“強(qiáng)防護(hù)”)，完全可以確保將爆破飛石、噪聲、粉塵控制在安全范圍內(nèi)，而支撐悶爆，自體結(jié)構(gòu)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(yùn)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(jī)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(dāng)天外，預(yù)埋孔、清孔、補(bǔ)孔、爆破防護(hù)搭設(shè)都可以穿插在主體結(jié)構(gòu)施工的相應(yīng)工序內(nèi)進(jìn)行，不占用工期。如果在主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行支撐悶爆，更不占用主體結(jié)構(gòu)施工工期的主線路，在地下室形成后和上部主體結(jié)構(gòu)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(nèi)一次性完成大工程量的支撐拆除任務(wù)。在天津?yàn)矰地塊項(xiàng)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(biāo)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(jì)錄。

3)節(jié)約。炸藥在爆炸過程中，產(chǎn)生的應(yīng)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(zhì)密度不同，應(yīng)力波的傳播速度有所差異，導(dǎo)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(jié)構(gòu)內(nèi)部進(jìn)行支撐悶爆，不需要搭設(shè)爆破防護(hù)措施，節(jié)約了防護(hù)費(fèi)用，直接減少了支撐拆除的成本。

4)施工靈活。大型機(jī)械破碎和金剛石鏈鋸切割拆除支撐都需要使用大型設(shè)備，可能會受到結(jié)構(gòu)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(dá)的位置都可以進(jìn)行作業(yè)，不需要機(jī)械、設(shè)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(shè)計(jì)

2.1 預(yù)埋孔及腰梁爆破

預(yù)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(chǎn)生握裹力，預(yù)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(jì)算，預(yù)計(jì)炮孔數(shù)量10 000個，后期鉆孔工作量太大。所以，選用預(yù)埋孔工藝(孔徑40 mm)，即在支撐混凝土打滿槽后，初凝前進(jìn)行炮孔預(yù)埋，現(xiàn)場施工效果如圖2所示。

圖2 預(yù)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(diǎn)和難點(diǎn)，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(nèi)外雷管延時要合理使用，確保外側(cè)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(shè)備，則相對應(yīng)部位的腰梁需要進(jìn)行金剛石鏈鋸切割處理，切斷爆破振動向圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳播的途徑(見圖3)，達(dá)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(wǎng)參數(shù)。針對不同支撐結(jié)構(gòu)、混凝土強(qiáng)度、鋼筋數(shù)量及截面等情況，應(yīng)當(dāng)選擇合理的爆破參數(shù)，并選擇不影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的典型支撐構(gòu)件進(jìn)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(jié)構(gòu)。采用孔底集中裝藥結(jié)構(gòu)，每個炮孔內(nèi)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(jìn)行填塞并用木棍搗實(shí)，裝藥結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 裝藥結(jié)構(gòu)Fig.4 Charge structure

3)起爆網(wǎng)路。起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)應(yīng)遵循以下原則：為了進(jìn)一步降低爆破對圍護(hù)結(jié)構(gòu)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(yīng)沿孔距方向逐段延時傳爆，腰梁上的炮孔應(yīng)由自由面至圍護(hù)結(jié)構(gòu)的方向逐排延時起爆；支撐寬度較大，布置炮孔排數(shù)多，網(wǎng)路延時應(yīng)滿足每個起爆單元的外側(cè)炮孔先起爆，內(nèi)側(cè)炮孔后起爆，以提高破碎效果；嚴(yán)格控制單段齊爆藥量，將爆破有害效應(yīng)控制在允許范圍內(nèi)；采用導(dǎo)爆管雷管，網(wǎng)路設(shè)計(jì)應(yīng)遵循孔內(nèi)高段，孔外低段的原則。

2.3 安全防護(hù)

1)常規(guī)支撐爆破防護(hù)。①水平防護(hù)，因部分支撐梁之間跨度較大(大于10 m)，需使用Φ48鋼管搭設(shè)支撐骨架(要求防護(hù)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(hù)，側(cè)向防護(hù)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(nèi)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(hù)Fig.5 Horizontal protection圖6 豎直防護(hù)Fig.6 Vertical protection

2)支撐悶爆防護(hù)。支撐悶爆時，支撐已經(jīng)封閉在主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部，主體結(jié)構(gòu)本身可以充當(dāng)防護(hù)，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(jié)構(gòu)防護(hù)Fig.7 Frame protection for support muffled blasting

3 工程應(yīng)用

3.1 工程概況

因項(xiàng)目建設(shè)施工需要，天津?yàn)衬稠?xiàng)目基坑支護(hù)換撐結(jié)構(gòu)達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時，需拆除基坑支撐梁結(jié)構(gòu)。該基坑支撐拆除爆破施工環(huán)境復(fù)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(jīng)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。基坑支撐施工全景如圖8所示。

表1 主要爆破參數(shù)設(shè)計(jì)

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(nèi)部，對于2排孔支撐則適當(dāng)增大炸藥單耗；對于3排及多排孔支撐應(yīng)加大中間孔裝藥量并確認(rèn)排間起爆順序，保證外側(cè)先起爆。②若爆破后主筋凌亂落于地面，箍筋飛散距離很遠(yuǎn)，應(yīng)適當(dāng)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(jié)語

支撐爆破采用多布孔、少裝藥、孔內(nèi)外雷管聯(lián)合延時、強(qiáng)防護(hù)施工技術(shù)。采用普通塑料導(dǎo)爆管非電系統(tǒng)起爆，實(shí)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(hù)，避免了清渣作業(yè)占用主體結(jié)構(gòu)的施工工期以及爆破沖擊波、噪聲、粉塵對周邊產(chǎn)生影響。