爆破減震緩沖墊在深基坑鋼筋混凝土支撐梁拆除的應用

成旭++孟祥棟++鄭里華++許明嬌++呂國才++李民++張陽++李磊++齊普衍

摘 要：本文介紹了臨近海港的天津塘沽某業務綜合樓、深基坑鋼筋混凝土支撐梁，首次應用緩沖墊減震爆破拆除方法，并提出柔性防護新措施。深基坑共設三道鋼筋混凝土水平支撐梁，詳細介紹了爆破拆除設計原則和施工工藝。并對幾種常用的基坑支撐環梁拆除方式，爆破拆除、機械拆除和人工拆除的施工特點和經濟性進行對比和分析。

關鍵詞：臨海深基坑 三道支撐防護梁 緩沖墊爆破減震拆除 柔性防護

中圖分類號：TV551.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（b）-0067-04

1 工程概況

天津塘沽某業務綜合樓于地下室施工期間共有三道支撐防護梁，支護采用臨時性水平支撐的地下連續墻支護形式。基坑地下水位隨海水潮位起落而變化，地下連續墻以及已經施工完畢的內部結構受到的側壓力，遠比內陸地區深基坑大得多。該項目總建筑面積為18.7萬m2，總建筑高度270m，擬建3層地下室，基坑占地面積約17000m2。±0.000m相當于大沽高程+4.080m。第一道支撐上部標高為-3.400m，第二道支撐上部標高為-8.300m，第三道支撐上部標高為-13.300m。待拆除支撐防護體系跨度大，交接處多，材質堅固，基坑占地面積大，基礎底板上承臺、豎筋較多，工期較緊。因此，本次拆除工程對拆除的順序、后續鋼筋的切割及渣土的清理有嚴格要求。但精心設計、精心施工、嚴格管理，可以在滿足工期要求的前提下，完成拆除任務。

支撐防護梁結構平面圖如圖1所示，支撐梁型包括：環梁1：截面尺寸1800mm×800mm；環梁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，不能按常規作業方式施工，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，就成了影響整個工程施工進度和施工安全的一個重要環節和關鍵。在地下室底板澆筑之前就開始考慮水平支撐梁系統的拆除方案。

采用人工拆除法：施工效率低工期長；施工安全較差；液壓錘拆除破碎程度高，回收方便，無飛石危害，但是工期長，噪聲大、粉塵較多等，液壓錘擊的噪聲能達到102.4dB，且作用時間長，嚴重影響了周邊工作人員的正常工作，會對周邊居民產生干擾，如采用傳統機械拆除方法，時間長，一道梁最少需要20天，從而無法滿足整體工期的要求；采用靜態膨脹劑拆除法：要鉆的孔眼數量多；膨脹劑膨脹產生的脹力小于鋼筋的拉應力，該力可使混凝土脹裂，但拉不斷鋼筋，要進一步破碎，還得用風鎬處理，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，爆破法雖然會產生爆破振動和飛石，但隨著爆破技術的發展和新型爆破器材的出現，用控制爆破法對支撐梁進行拆除已經取得成功。根據拆除工程的要求，通過精心設計施工和防護，嚴格控制爆破危害，完全能夠達到快速經濟高效拆除支撐梁的目的。采用微差爆破技術拆除圍護水平支撐，極大地減少了采用人工風鎬拆除的勞動強度，改善了工人作業的勞動環境，縮短了人工拆除的施工工期。

同等距離處，爆破拆除振動峰值遠大于機械拆除振動峰值，基坑內部近區范圍內爆破拆除振動峰值大于國家標準，采用微差爆破技術配合使用爆破減震緩沖墊拆除和柔性防護，使基坑爆破振動峰值較小，低于國家標準，且振動持續時間短、爆破次數少，因此不會對周邊結構造成損傷影響。機械拆除振動峰值較低但工期較長，工作效率較低，且與基坑建設相干擾；而爆破拆除工期較短，工作效率較高，又不與基坑建設相干擾，對于工期較緊的工程，機械拆除根本不適合。

施工方案經過專家論證，采用毫秒微差延時爆破降振技術拆除配合使用緩沖墊減震和柔性防護切實可行。

3 爆破拆除施工技術

欲爆破拆除的支撐防護梁結構如圖2所示。

3.1 爆破拆除設計

爆破拆除時必須保證整個深基坑圍護結構的安全穩定、澆筑地下室各層的質量、周圍房屋和過往行人及車船的安全，同時防止止水帷幕破裂使海水大量滲入深基坑內。

為確保爆破拆除工作順利進行，工程技術人員共同攻關、認真研究，參考其他地區內支撐爆破拆除的經驗，根據本工程內支撐不同的部位的特點，設計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。

爆破設計采用直徑40mm的炮孔，直徑32mm的乳化炸藥，根據支撐梁斷面結構、單位炸藥消耗量情況，確定爆破參數。

具體爆破參數：

（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）設計藥量：

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

其中：a為孔距，m；H為構件截面高，m；B為構件截面寬，m；n為構件橫向炮孔排數；V為n個炮孔負擔的體積，m3。

環梁1網路設計：

設計藥量為300g，每束最多不能超過20根導爆管雷管，一束起爆同一時間起爆的炮孔最多為8個，單響藥量為2.4kg，孔內采用毫秒10、11、12段雷管，孔外使用毫秒3段雷管連接。

環梁2網路設計：

設計藥量為200g，每束最多不能超過20根導爆管雷管，一束起爆同一時間起爆的炮孔最多為14個，單響藥量為2.8kg，孔內采用毫秒11、12段雷管，孔外使用毫秒3段雷管連接。

支撐1網路設計：

設計藥量為300g，每束最多不能超過20根導爆管雷管，一束起爆同一時間起爆的炮孔最多為10個，單響藥量為3kg，孔內采用毫秒11、12段雷管，孔外使用毫秒3段雷管連接。endprint

支撐2網路設計：

設計藥量為200g，每束最多不能超過20根導爆管雷管，一束起爆同一時間起爆的炮孔最多為20個，單響藥量為4kg，孔內采用毫秒11段雷管，孔外使用毫秒3段雷管連接，如圖3所示。

支撐3網路設計：

設計藥量為250g，每束最多不能超過20根導爆管雷管，一束起爆同一時間起爆的炮孔最多為20個，單響藥量為5kg，孔內采用毫秒11段雷管，孔外使用毫秒3段雷管連接。

本網路單孔藥量設計最大藥量300g，單響藥量控制在2.4kg左右，孔外延期傳播速度快，孔內雷管起爆延期時間長，孔外傳爆結束后孔內雷管才起爆，空間及起爆順序的合理設計，可使起爆網路按預定的順序安全起爆。

對以上不同斷面支撐防護梁爆破設計參數進行匯總，見表1。

總體網路設計：

起爆信號發出后，通過主線將爆破能量傳遞至各分支的連接雷管，將傳遞時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，除了減少單孔炸藥量，還采用加強傳爆導爆管雷管接力式簇并聯起爆網絡。該起爆系統由起爆雷管、孔外傳爆雷管和孔內起爆雷管組成。選用毫秒延時微差緩沖爆破降振技術（專利），分層、分區、分段逐步爆破拆除，使炮孔內的炸藥量逐段爆破，達到降低地震波、減少空氣沖擊波的目的。減少因爆破振動波疊加帶來的振動破壞作用。

采用非電導爆管起爆，導爆管雷管用導爆管和四通連成復式并聯網路如圖3所示，高能起爆器起爆。

爆破產生的振動遠遠大于人工拆除，對地下連續墻以及已經施工完畢的內部結構對爆炸振動波的控制是整個爆破風險控制的源頭。因此，在與地下連續墻以及已經施工完畢的內部結構接觸的基坑支撐梁的炮孔內，加裝減震緩沖墊（專利）如圖4所示，大幅度降低爆破產生的振動沖擊荷載，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：炸藥爆炸瞬間產生地震波，使周圍建筑物產生振動，地震波與炸藥的藥量成正比，與距離成反比，爆破安全規程規定，一般建筑物和構筑物的爆破地震安全性，應滿足安全震動速度的要求，作業時，采用毫秒雷管、降振專利技術，嚴格控制每一區段起爆的炸藥量，使地面質點的震動速度低于規范允許值。

（2）飛石控制：確保鉆孔質量、孔距和孔深；嚴格按設計要求裝填炸藥量；嚴密防護：每個炮口上壓一個砂包，支撐梁再用橡膠條帶包住梁頂與梁側，在梁頂橡膠條帶上再壓砂包；實行柔性防護。采用良好的防護技術，使得爆破飛石運動范圍局限于基坑范圍內，不會對周邊結構和人員造成危害。

（3）噪聲控制：炮眼裝好炸藥之后，用炮泥堵密實，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等措施，將能量合理分散、減少對外釋放。起爆之前，斷開主要傳遞振動的聯系部分，即斷開支撐與圍檁的連接。根據支撐梁結構特點，本設計選擇采用連續的裝藥方式。先用炮棍清孔，放入炸藥，起爆雷管放在中部藥包內，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，保證填塞的質量。炮孔的填塞長度應能阻止爆炸氣體過早地沖出孔外，使混凝土破碎更加充分。具體可以視混凝土性質和炸藥的性質而定。當填塞長度等于抵抗線時，可嚴格控制飛石。所以，根據具體性質和周圍環境，進行合理填塞長度選擇，在炮孔口壓沙袋的辦法，可加強填塞效果，控制爆破飛石。

為了嚴格控制爆破產生的大量飛石，爆破前在基坑頂面和側面覆蓋橡膠防護毯作為飛石防護裝置，爆破后發現，防護橡膠毯未遭到破壞，基坑外面無爆炸飛石，主動控制飛石的方法主要體現在爆破參數與網路設計上，被動控制的方法主要基于頂部和側面對爆破體進行覆蓋。具體措施為頂部防護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廢膠皮，膠皮上用井字型鋼管壓牢，側面防護措施，側向防護棚應距離支撐外側以上，膠皮掛在鋼管骨架內側并用鐵絲加以綁扎，覆蓋到被爆體下部即可。

因為基坑內各種施工機械建筑材料電氣設備較多，相鄰建筑與爆破區域距離較近。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，特制定專項防護搭設方案。

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，順著起爆網路順序，均勻地覆蓋在被爆體上，搭接部分應在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路及設施，第一道綁扎的鋼絲不易過緊，適當留有20～30cm的上下自由空間，防止飛石掙斷第一道鋼絲，特設第二道綁扎鋼絲，適當留有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。

4 爆破振動及飛石安全距離驗算

按網路設計分段計算，參照《工程爆破實用手冊》計算出一次最大段單響藥量為2kg，在實際爆破中，一次齊發爆破炸藥量均控制在2kg以內，并且同一時間起爆的炸藥分散分布，能量在空間上不集中，爆破振動安全距離將遠小于15m。

爆破震動引起建筑物破壞的強度標準，主要是根據質點振動速度來衡量。基坑支撐爆破拆除引起的質點振動速度衰減公式：

V=K（R/Q1/3）-ɑ

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

布置了6臺測振儀，測點布置如下。

（1）在工地周圍距離較近的建（構）筑物旁布置測點。

（2）周圍重點保護對象處布置測點。

（3）距離理論計算的振動安全距離15m處布置測點。

二號機Z通道數據最大，具體如圖5所示。

由上可知本次爆破作業的振動對周圍建筑的影響屬于正常允許范圍，本次爆破作業完全屬于安全作業。

支撐防護梁結構爆破拆除起爆瞬間如圖6所示，支撐防護梁結構爆破后效果如圖7所示。

5 結論

本工程分兩期歷時5天，爆破后，混凝土完全破碎，爆破效果及安全達到設計要求，得到業主及總包單位的好評。得到以下幾點結論。

（1）所采取的爆破拆除方案技術（專利）是可行的，確保了深基坑及保留的圍護結構安全穩定。

（2）在拆除爆破中，引入爆破降振等專利技術，不僅能達到預期的爆破效果，即混凝土與配筋基本分離并且大部分留在鋼筋籠里，鋼筋籠膨脹主筋沒斷，而且有效地控制爆破震動和飛石。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措施對防止飛石和沖擊波是安全可靠的。

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

參考文獻

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