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:[2342]
 
广东省六建集团有限企业 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、工程概述
  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,大家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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