爆破振動對結(jié)構(gòu)物的影響分析

陳文學(xué) 呂詩昊 廖 宏

(1.長沙縣建設(shè)工程安全監(jiān)督站，湖南 長沙 410100； 2.湖南省宏尚檢測技術(shù)股份有限公司，湖南 長沙 410208)

爆破振動對結(jié)構(gòu)物的影響分析

陳文學(xué)1呂詩昊2廖 宏2

(1.長沙縣建設(shè)工程安全監(jiān)督站，湖南 長沙 410100； 2.湖南省宏尚檢測技術(shù)股份有限公司，湖南 長沙 410208)

根據(jù)工程實例，分析了爆破振動對建筑物的安全影響，研究了在不同爆破參數(shù)作用下，振動波對建筑結(jié)構(gòu)內(nèi)部可能造成的房屋墻面抹灰脫落、結(jié)構(gòu)體裂縫開裂或延伸等現(xiàn)象。

爆破振動,振動速度,安全距離,破壞程度

0 引言

爆破振動是巖土爆破工程和城市拆除爆破中無法避免的公害。爆破工程中因振動對建筑結(jié)構(gòu)失穩(wěn)、開裂和變形等工程危害并不少見。自羅克韋爾于1927年首次發(fā)表關(guān)于爆破振動響應(yīng)的研究以來，眾多學(xué)者在爆破振動對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響研究方面做了大量工作，隨著計算機技術(shù)的發(fā)展以及多學(xué)科之間的交叉，數(shù)值模擬等越來越多的手段運用到研究中來。

研究爆破振動的主要目的是使爆破振動不危及建筑物、構(gòu)筑物的安全，從而得到爆破振動的傳播規(guī)律及其對周邊環(huán)境的影響。為避免對建筑物造成結(jié)構(gòu)性破壞，長期以來國內(nèi)外學(xué)者通過理論和監(jiān)測分析，對爆破振動的衰減規(guī)律及建筑物的爆破振動破壞標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了大量的研究，取得了一系列的成果[1]。

1 工程概況

某主體工程為地下及架空層各1層，地上30層剪力墻結(jié)構(gòu)。基礎(chǔ)類型采用人工挖孔樁基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)安全等級二級，設(shè)計正常使用年限50年，抗震設(shè)防烈度為6度。主體外貌見圖1。

2 基坑情況

該主體結(jié)構(gòu)的基坑邊壁出露及支護(hù)有關(guān)的場地巖土、地層巖性(從上至下)依次為：第四系殘積層紅粘土，層厚0.5 m～1.2 m；微風(fēng)化石炭系石灰?guī)r，巖體質(zhì)量等級Ⅲ級。

區(qū)內(nèi)未見常年性地表水，僅在雨季，低洼地段會形成少量積水，積水時間不長。勘察期間場地內(nèi)未見有地表水。截至目前，擬建場地已基本開挖至-2層。擬建場地與周邊房屋平面位置示意圖見圖2。

基坑支護(hù)KAB，BC剖立面圖見圖3。支護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計均滿足相關(guān)規(guī)范規(guī)定的有關(guān)主要配筋率、安全系數(shù)等要求。

3 爆破影響分析

根據(jù)薩道夫斯基公式：

V=K(Q1/3/R)a

(1)

其中，V為爆破引起地基質(zhì)點的最大振動速度；K,a均為與爆破點地形、地質(zhì)等條件的系數(shù)；R為爆心距；Q為炸藥量。K和a按照國家標(biāo)準(zhǔn)《規(guī)程》[2]取值，K=150,a=1.5。爆破振動安全距離可按式(2)計算：

R=Q1/3(K/V)1/a

(2)

根據(jù)《規(guī)程》，按允許振速V=2.0 cm/s～3.0 cm/s，取K=150，a=1.5，則據(jù)保護(hù)對象的距離所對應(yīng)的同段最大一次起爆藥量根據(jù)式(2)計算，結(jié)果見表1。

表1 保護(hù)對象的距離所對應(yīng)的同段最大一次起爆藥量

爆破引起的地基振動強度與爆源特征、場地地質(zhì)和地形條件等因素密切相關(guān)，爆源位置、藥包量大小、爆破方式等因素均直接對地基振動產(chǎn)生影響。爆破點距離房屋的最近距離為15.8 m，其振動速度V：

V=K(Q1/3/R)a=150×(0.361/3÷15.8)1.5=1.43 cm/s

(3)

2.0 cm/s>1.43 cm/s，說明在平基土石方爆破過程中，最大一段炸藥用量為0.36 kg時，距離房屋最近為15.8 m時的爆破振動速度V=1.43 cm/s，小于國家標(biāo)準(zhǔn)《規(guī)程》的爆破地面質(zhì)點安全振動速度。

根據(jù)計算，最大一段炸藥用量為0.36 kg時，南側(cè)房屋所受空氣沖擊露天淺孔爆破f=40 Hz～100 Hz，安全允許質(zhì)點振動速度在2.0 cm/s以內(nèi)。結(jié)果表明，平基土石方爆破過程中，最大一段炸藥用量為0.36 kg時對房屋基本沒有影響。房屋所承受的空氣沖擊波超壓值可按式(4)計算：

ΔP=14Q/R3+4.3Q2/3/R2+1.1Q1/3/R

(4)

其中，ΔP為空氣沖擊波超壓值，105Pa；Q為一次爆破TNT炸藥用量，kg；R為爆源至保護(hù)對象的距離，南側(cè)房屋R=15.8 m，北側(cè)房屋R=26 m。

波超壓值為0.05×105Pa，對應(yīng)破壞等級2，具體見表2，即對鋼筋混凝土屋蓋房、混凝土柱和磚外墻無損壞。南側(cè)-03號和南側(cè)-05號房屬次輕度破壞。北側(cè)房屋不計南側(cè)房屋能阻隔空氣沖擊波的有利因素，所受空氣沖擊波超壓值為0.03×105Pa，接近破壞等級1，見表2。僅玻璃偶然破壞，磚外墻和內(nèi)墻、混凝土柱和屋蓋及門窗扇基本無損壞。

表2 建筑物的破壞程度與超壓關(guān)系

4 房屋裂縫原因

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《規(guī)程》中的爆破地面質(zhì)點安全振動速度，對一般民用建筑物地面質(zhì)點的安全振動速度為2.0 cm/s～3.0 cm/s，露天淺孔爆破f=40 Hz～100 Hz。這說明，要使其產(chǎn)生輕微破壞，其地面質(zhì)點的振動速度應(yīng)大于2.0 cm/s。從房屋墻體的裂縫變形、產(chǎn)生部位情況看，與爆破振動時引起的房屋的震害規(guī)律基本不符，鋼筋混凝土屋蓋房無損壞，玻璃僅出現(xiàn)偶然破壞，窗扇少量破壞，磚外墻基本無損壞，板條墻抹灰少量掉落，鋼筋混凝土柱無損壞。房屋墻體裂縫主要集中在剪力墻與填充墻交接處以及窗間墻體，這可能是溫差導(dǎo)致的材料收縮所致，而爆破振動可能會對這些薄弱部位的裂縫加寬有影響。

5 結(jié)語

爆破振動產(chǎn)生空氣超壓而引起二次震動，爆破噪聲對人的心理產(chǎn)生影響。人們對天然地震的心理承受能力大于爆破振動的心理承受能力。因此合理減少爆破振動是必要的，爆破前和爆破過程中應(yīng)采用防護(hù)措施，重視結(jié)構(gòu)物抗震方法。

[1] 劉滿堂,陳慶壽.建筑結(jié)構(gòu)對爆破地震的動力響應(yīng)特性研究[J].爆破，2005，22(4):23-28.

[2] GB 6722—2014,爆破安全規(guī)程[S].

The influence analysis of blasting on structures

Chen Wenxue1Lv Shihao2Liao Hong2

(1.ChangshaCountyConstructionProjectQualitySupervisionStation,Changsha410100,China; 2.HunanHongshangTestingTechnologyCo.,Ltd,Changsha410208,China)

According to engineering examples, this paper analyzes the effect of blasting vibration on buildings. The phenomenon of wall plastering off, structure cracks or extension be studied, with the action of vibration wave under different blasting parameters.

blasting vibration, vibration velocity, safety distance, destructiveness

1009-6825(2017)22-0032-02

2017-05-27

陳文學(xué)(1978- ),男,工程師; 呂詩昊(1993- ),男,助理工程師; 廖 宏(1973- ),男,教授級高級工程師

TU311.3

A