佛山某广场深基坑内支撑爆破拆除的设计探讨

时间日期：2010-4-28 已被阅读次：[6586]

广东省六建集团有限公司莫家浩

　　[摘　要]　本文通过工程实例探讨在保证工程质量、安全和工期的情况下对深基坑内支
　　　　　　　撑采用爆破技术进行拆除的设计和采取的一些措施，并取得了较好的效果。
　　[关键词]　深基坑内支撑爆破拆除设计
　　
　　一、工程概况
　　佛山市金海广场位于佛山市区季华路与汾江南路的交叉口东北面，其基础工程施工基坑
长约104米，宽约53米，开挖深度达13m。基坑拟建地下室三层，采用内支撑梁和地下连续墙
结构支护体系，设上下两层内支撑梁结构支撑，基坑外围采用连续墙设计。待地下室底板施
工完毕，进行建筑结构施工时，须将内支撑梁（包括腰梁）全部拆除。其中支撑梁断面分为
1.5m×0.9m、0.9m×0.9m、0.8m×0.9m、0.6m×0.9m四种规格，均为钢筋混凝土结构，拆除
总方量约2000立方米。基坑支撑结构平面图如图一所示。
　　本次拆除项目位于市区繁华地段，周围环境复杂，紧邻居民楼、办公楼、交通要道等。
基坑东侧距已建30层高楼裙楼25米，南侧紧邻季华五路、距人行道边沿约8米，西侧距汾江
南路约70米，基坑与汾江南路之间为城市休闲广场，北侧距居民楼15米。
　　二、方案选择与设计
　　2．1 方案选择
　　由于主体工程工期紧，为加快主体工程的施工进度，经专家论证，内支撑梁拟采用控制
爆破方式进行拆除。但因支撑梁跨度大，周边环境复杂，控制爆破的设计必须要确保如下安
全防范点，保证爆破的安全和质量。
　　(1) 确保地下连续墙、负三层砼柱、墙及负二层梁板不受爆破影响，保证工程结构安全
；
　　(2) 确保工地周边楼房、交通要道的绝对安全；
　　(3) 第二层（下层）砼支撑梁爆破拆除时，确保钢管立柱和上层砼支撑的稳定；
　　(4) 保证施工场地四周的公共设施在爆破施工过程中不受影响。
　　2．2 方案设计
　　2．1．1 总体方案设计
　　本工程中内支撑梁分为上下两层，支撑结构平面图如图4－1所示。根据国标《爆破安全
规程》GB6722－2003的规定，爆破安全振动速度控制标准为：一般砖房安全震速2～3cm/s，
钢筋混凝土框架结构楼房为3～5cm/s。为了确保邻近建楼房及地下连续墙的安全，本工程中
爆破控制爆破振动速度小于3cm/s。采用分区、分块、优化装药结构、缓冲、微分等能和微
差松动控制爆破等措施，可有效地控制爆破振动。该基坑支护体系采用内支撑加连续墙结构
设计，为了确保爆破施工后地下连续墙结构完好，爆破拆除不对连续墙产生任何微裂缝，绝
对保证工程结构的安全，除采用分区、分块、优化装药结构、缓冲、微分等能和微差松动控
制爆破等措施外，还综合采用静力破碎、人工凿打、预裂爆破等方式，在爆破前将爆破体与
保留体进行切割分离，可减弱或阻断爆破振动向保留结构内部传递，大大降低爆破振动对周
边的影响；在爆破后仍有部分钢筋与支撑柱及周边连续墙等构件连接，应科学有序地切断连
接钢筋。
　　爆破过程中，全程进行爆破振动的监测、确保爆破振动在安全范围之内。爆破施工期间
，加强与基坑周边土体、连续墙结构变形监测单位的联系，及时掌握爆破过程基坑周边土体
、连续墙结构变形的任何细微变化，随时优化爆破方案，是确保周边建筑及设施安全的另一
个重要保障措施。
　　为了预防纠纷，爆破前对附近的居民楼内各单元的现有裂缝进行详细调查，并做好标识
记录，进行爆破前后对比观察，以证明爆破对附近居民楼的影响。
2．1．2 爆破参数设计
　　（1）炮孔直径d：本次拆除爆破设计采用Φ32的2号岩乳化炸药，在混凝土浇筑前设置
预埋管进行炮孔预留，预埋管拟采用内径为40－42mm的PVC管，因而炮孔直径为40－42mm。
　　（2）孔位：本次爆破拆除对象为钢筋混凝土梁结构，其布筋形式均为对称布筋，预埋
炮孔时，应考虑混凝土梁结构及其布筋参数，便于孔的预埋。所有预埋孔采用垂直、对称形
式布置：一排孔时布置在梁的正中央，多排孔时采用梅花形布置。（3）爆体厚度H：拆除所
有梁厚度均为90cm，底部均有自由面。
　　（4）孔深L：利用公式L=cH进行计算，对爆破部位底部有自由面的系数c通常为0.6～0.
9，条形装药时，为保证药包位于爆体正中，这里取c=0.75，因而L=90×0.75=67.5cm，设计
采用L=65cm，对局部加强布筋需加大药量部位，孔加深至70cm。
　　（5）最小抵抗线W：经过认真研究各支撑梁布筋格局及砼结构，最小抵抗线取25～35cm
。
　　（6）孔距a、排距b：，为了方便预埋管的安装及固定，充分考虑其钢筋布置密度情况
，选取孔距30～50cm，排距30～50cm。对梁的节点，由于钢筋加密，按10％加密布孔。
　　（7）药量Q及单耗q：拆除爆破中一般采用2号岩石炸药或乳化炸药，单孔药量采用下式
进行计算
　　Q=q×V
　　式中：q为炸药单耗，kg/m3；
　　V为爆破体体积，V=a×b×H或V=a×W×H
　　即上式可化为：
　　Q=q×a×b×H 或 Q=q×a×W×H
　　根据以上各项参数设计第二层内支撑梁的详细爆破参数如下表所示：
（8）装药和堵塞
　　根据本工程中各结构参数分析，爆破大部分需采用密实装药结构，但对抵抗线选取较小
的部分，可采用空腔装药结构，增强爆破效果。装药时，雷管插入炸药中后，轻轻地将药包
装到炮孔底部，孔口不装药部分用炮泥堵塞密实；空腔装药时，应装入支撑材料后再堵孔。
堵孔时要注意保护雷管脚线。为确保爆破安全，堵塞长度不得小于最小抵抗线。装药结构图
如下图所示。
　　
　　由于本工程爆破结构多样，布筋情况各不相同，因此，爆破前必须进行试爆，以
确定相应结构的最佳炸药单耗。
　　2．1．3爆破网络设计
　　（1）本工程考虑为防止杂散电流、射频电流和雷雨天气的影响，决定采用先进性和安
全性最优的塑料非电导爆管雷管及其起爆系统。该网路系统，充分发挥了非电起爆网路抗干
扰性的优点，具有施工方便，不受雷雨季节影响，可靠性好等特点。为增长延期时间，确保
振动不叠加，孔内选用高段位(8～10段)毫秒导爆管雷管，孔外选用低段位(5段)毫秒导爆管
雷管作过桥，起爆雷管选用瞬发电雷管，炸药全部采用Φ32的岩石乳化炸药。
　　（2）网路是保证拆除爆破按设计要求安全准爆的关键环节之一。网路要确保先爆孔不
影响后爆孔，所有的炮孔均能安全准爆。网络将各节点传爆雷管依次联接汇集到一处，并引
至安全地段，再用两发电雷管或击发针起爆总网路。起爆网路连接示意图如下图所示。
（3）为防止前一响爆破产生的飞石可能破坏后续起爆网路引起断路，应加强网路的
防护。联网时，特别注意簇与簇之间的距离，并对传爆网路进行适当覆盖的被动保护措施，
特别是在簇与簇之间较密时，传爆网路应进行重点防护。覆盖前应将网络线放在沙袋下进行
保护。
　　三、爆破安全校核及应对措施
　　为了保证爆破的施工安全，避免爆破振动、飞石及冲击波对工程结构、周边建筑物及周
围居民生活设施的影响，主要从以下方面计算校核：
　　3.1爆破振动校核及控制措施
　　本工程爆破振动速度用下面公式进行计算
　　V=KK`(Q1/3/R)α (1)
　　式中：
V——爆破引起地面质点垂直振动速度，cm/s；
　　K、K`、α——与爆破点地形、地质等条件有关的系数和衰减指数，K取150，K`取0.25
，α取1.5；Q——最大单段药量，kg；
　　R——爆破源中心到测定点的距离，m。
　　爆破安全允许最大单响药量计算公式如下
　　Qmax=R3(V/（K K`）)3/α 　　 (2)
　　根据本工程周边环境即建构筑物情况，周边楼房均为混凝土框架结构楼，单段爆破最大
药量按小于3cm/s进行校核是安全的。单段爆破最大药量除严格按式(2)进行校核外，还将对
现场进行振动监测，以监测结果为依据对爆破工艺进行优化调整。本工程中单段落最大单响
药量校核结果见下表。
3.2 爆破飞石校核与控制
　　由于本次爆破环境较为复杂，工程周边有多栋已建居民楼，紧邻交通要道和休闲广场。
因此，必须对爆破飞石进行校核，避免飞石飞出基坑外危及周边人员、设施及过路车辆的安
全。
　　飞石的安全距离S=[20（Q1/3/W）2]2/g=46.2m。根据现场实际情况，部分区域超出了飞
石的安全距离，必须进行覆盖控制飞石飞出基坑外。主要采取以下措施控制：爆破时严格控
制爆破药量、确保堵塞质量；同时在待爆支撑梁上垫钢板和压2～4层沙袋进行覆盖防护，确
保爆破时飞石也不会飞出基坑。
　　3.3对地下连续墙的影响及保护措施
　　从支护体系结构上看，待爆支撑梁通过腰梁与地下连续墙相连，但并无大量钢筋锚入地
下连续墙体。因此，爆破时主要考虑控制爆破时爆破裂隙圈的影响范围，以及控制爆破时爆
破地震波向地下连续墙内传递的强度。
　　(1) 当采用正常的耦合装药时，炮眼爆破裂隙圈半径可用经验公式估算rc=15(d/2)=15
×(40/2)=300毫米，即只要炮孔布置离开地下连续墙30cm，爆破裂隙圈就不可能危及到地下
连续墙。至于应力波形成的反射、拉伸、透射，基本上在冠梁、腰梁与地下连续墙之间的分
界面衰减。因此，只要在主炮孔引爆前，制造出冠梁、腰梁与地下连续墙之间的分界面，爆
破应力波不会对连续墙产生危害。
　　(2) 按照国标《爆破安全规程》GB6722－2003的要求，新浇混凝土在龄期超过七天后，
可承受的爆破振动速度为7.0～12cm/s。通过采用微差爆破严格控制爆破振动强度和破坏爆
破振动的传递路径，我们完全能够将传入地下地下连续墙墙体的振动控制在7.0cm/s以下，
以保证地下连续墙墙体结构的绝对安全。
　　3.4 对基坑内部结构的保护措施
　　(1) 对支撑立柱的保护：在拆除第二层支撑梁时，立柱还得承担第一层支撑梁，因此在
爆破时应采取措施进行保护。具体爆破时靠近立柱预留约30 cm支撑不爆破，同时在立柱两
侧进行对称爆破，防止不对称的冲击力扰动使其发生弯曲。环梁爆破时，应避免悬臂梁的产
生，爆破分块时不产生超过1m的悬臂梁。
　　(2) 对负二层楼板的保护措施：为保护已施的负二层楼板，爆破时楼板的砼强度必须达
到80％时方可爆破，且不拆除楼板砼的钢模，以减小部分碎块的冲击力；考虑到各梁的结点
位置钢筋密集，采用加密布孔和装药量，减小爆破砼碎块尺寸，避免产生较大砼块直接冲击
楼板；爆破时在待爆梁下方的楼板上满铺草袋作为缓冲层，确保楼板的安全。
　　(3) 支撑梁爆破顺序：为避免一次性爆破大面积支撑梁，局部单向应力的突然释放导致
支护体系失衡，因此设计确定按照“对称爆破、缓释应力”的原则施工，并密切跟踪现场应
力、位移观测，随时掌握应力重分布的变化，根据监测结果优化调整爆破顺序和爆破参数。
　　3.5 周边楼房的保护措施
　　爆破前，事先对周边楼房进行详细的调查登记，若发现楼房抗振强度降低，即时进行分
析，调整爆破单响起爆药量。对最近楼房进行重点监测，对已有裂纹进行拍照、爆破过程中
进行跟踪对比，爆破全程对重点监测楼房进行爆破振动测试，确保爆破振动控制的万无一失
。
　　四、结束语
　　工程于2009年5月4日对第一层的深基坑内支撑梁进行了爆破，即对工程的两层支撑梁全
部拆除。根据爆破监测的数据显示，爆破未对工程结构、周边建筑物和周边居民生活设施造
成影响，取得了较好的效果。
　　
　　参考文献
　　[1] 建筑施工手册(第三版) 中国建筑工业出版社
　　[2] 《爆破安全规程》（GB6722－2003）
　　[3]《民用爆炸物品安全管理条例》，2006年9月1日施行；
　　[4]《广东省民用爆炸物品管理实施细则》，1989年实施；
　　[5] 佛山市公安机关对民用爆炸物品管理的相关规定。

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