深基坑支护设计和内支撑系统爆破拆除技术

 
时间日期:2005-2-25        已被阅读次:[3958]
 
佛山市新一建筑集团有限企业 季雄巍

[摘 要] 本文总结深基坑内环支撑及爆破拆除技术,在我市首次采用,不但保证基坑安全
,而且加快工程进度,供同行参考。
[关键词] 钻孔桩结合内支撑 三管摆喷止水帷幕 爆破拆除

  某宾馆工程位于广东省佛山市汾江南路75号,为地上五层,地下二层的公共建筑,总建
筑面积32000m2,其中地下室建筑面积为11762m2。由于工程四周紧挨旧建筑物,施工期间又
必须保证宾馆的正常运作,给施工增加了不少的难度;施工过程采用了多种先进的施工工艺
,最终使得工程顺利完成,取得了良好的效果。
  一、 基坑支护设计
  基坑平面近似正方形,由于四周环境影响,根据本工程的特点,基坑外围采用钻孔桩结
合内支撑、三管摆喷止水帷幕的联合支护形式。基坑平面图见下:
  1、围护挡土结构
  采用地下连续墙,虽然整体刚度大、止水效果好,但其单位造价高,因此,本围护结构
设计结合工程实际特点,决定采用单排钻孔灌注桩密排挡土,用桩径Φ800@950,桩长在基
坑南侧与西侧部分桩为18.50m,东侧、北侧与西侧部分支护桩桩长为13.50m。桩采用均布配
筋。环梁支撑桩、基坑护坡桩、基础桩混凝土强度等级均为C25。
  2、内支撑结构
  在内撑式支护结构中,支撑系统是极其重要组成部分,本工程采用单层正方形内切钢筋
砼结构拱圈梁支撑,中间留出坑内的操作空间,环梁内半径为36.30m。内支撑结构顶标高为
-1.30m。
  环撑由圆环梁(断面2.50m×0.70m)、腰梁(1.0m×0.70m)、斜撑(0.60m×0.60m)、拉杆
组成,混凝土C25,其特点是将坑外水平力通过围护桩和桁架转化为圆环梁的轴向压力,发
挥混凝土的承压优势,为确保环撑整体功能,环撑采取一次性连续浇灌成型。环撑由围护桩
和中间支承桩(为Φ800灌注桩)承担。
  内支撑采用正方形内切砼结构拱圈梁,这样就巧妙地将支护结构承受的侧向土压力、水
压力转化为圆形圈梁的轴压力。拱结构圈梁内支撑的构思既利用了基坑平面的固有特点,又
充分发挥了拱圈梁受轴压力性能优越的特点。在施工利用原土层作底板,浇筑拱圈,在施工
过程中必须注意拱梁、支撑砼与冠梁同时浇筑,连成整体。
  3、保护临近建筑的隔水帷幕
  为避免因基坑降水开挖引起临近的建筑物、地下管线下沉位移及变形开裂,保证地下室
干作业施工,在围护桩之间设R500@950高压摆喷桩止水帷幕。高压摆喷体用三重管旋喷跳打
法施工,喷点间距0.95m,摆喷桩桩长为19m。
  三重管法摆喷是90年代中期的工艺,该工艺除对基坑支护作止水帷幕外,也经常用于地
基加固等作用,该工程采用钻孔桩支护,桩间距为150mm,桩空隙采用摆喷止水,在施工中
先采用钻机成孔,通过高压水和压缩空气,在孔底喷射切割≥1min后(水压力为35MPa),
然后泵入水泥浆,由下而上喷射注浆,在桩与桩之间形成半柱状止水帷幕,在施工过程整体
止水效果良好。
  4、工程监测
  本工程基坑开挖深度较大,四周为密集建筑住宅,支护结构对四周环境不得有任何影响
,大家采取了先进的监测技术,利用钢筋计封装置,灌注桩安顿测斜管及钢筋计封装置等监
测手段,施工过程中对基坑围护结构、支撑、基坑外地下水位、土压力、周围环境等项目进
行了监测工作,施工期间2d观测一次;在监测实施过程中,各监测点所测量的最大值均在围
护结构设计所允许的范围之内,确保了地下室施工安全。
  二、内支撑系统爆破拆除技术
  1、拆除方案的选择
  (1)人工拆除法
  组织一批工人,用大锤和风镐拆除支撑梁。
  优点:施工方法简单;机械和设备简单;容易组织。
  缺点:施工效率低,工期长;施工安全较差;施工时,锤击与风镐噪音大,粉尘较多,
会对佛山宾馆正常运作产生极大影响,并对周边居民产生干扰。
  (2)用静态膨胀剂拆除法
  在支撑梁上按设计孔网尺寸钻孔眼,钻孔后灌入膨胀剂,数小时后利用其膨胀力,将混
凝土胀裂,再用风镐胀裂的混凝土清掉。
  优点:施工方法较简单;混凝土胀裂过程,缓慢进行,无粉尘,噪音小,无飞石。
  缺点:要钻的孔眼数量多;装膨胀剂时,不能直视钻孔,否则产生喷孔现象易使眼睛受
伤甚至致盲;膨胀剂膨胀产生的胀力小于钢筋的拉应力,该力可使混凝土胀裂,但拉不断钢
筋,要进一步破碎,尚困难,还得用风镐处理,工作量大;施工成本最高。
  (3)爆破拆除法
  在支撑梁上按设计孔网尺寸钻炮眼,装入炸药和毫秒电雷管,起爆后将支撑梁拆除。
  优点:施工的技术含量较高;爆破率效率较高,工期短;施工安全;成本适中(比静态
破碎剂法便宜)。
  缺点:爆破时产生爆破振动和爆破飞石;爆破时会产生声响。
  (4)综合比较选择拆除方案
  人工拆除法和膨胀剂拆除法有其优点,特别是无震动或震动小,无飞石产生,但是效率
低,工期长,成本高。
  爆破法拆除最大的特点是效率高、工期短、成本适中,爆破法虽然会产生爆破振动和飞
石,但它是可以控制和解决。
  由于本工程内环支撑结构由四角斜支撑将环梁与冠梁连结,环梁截面尺寸为2500×700
,钢筋相当密集,混凝土量500多立方米,钢筋40多吨,综合比较上述三种拆除方案,从施
工工期、造价及噪音等多方考虑,决定采用定点爆破拆除法。
  2、爆破拆除设计
  采用爆破拆除地下室基坑支撑系统,在佛山市还是第一次,为确保爆破拆除工作顺利进
行,工程技术人员共同攻关、认真考究,参考其它地区内支撑爆破拆除的经验,根据本工程
内支撑不同的部位、不同的砼厚度和不同的钢筋含量,设计选用不同的药量、孔径、孔深、
孔距以及炮眼布置方式和引爆方式:
  环形梁:选用直径为40mm的炮眼孔径;长方向炮眼孔距500mm短方向炮眼孔距450mm;孔
深450mm;单孔装药量和边孔装药量均为120g。
  斜撑:选用直径为40mm的炮眼孔径;炮眼孔距400mm;孔深450mm;单孔装药量110g。
  支撑钻孔桩:选用直径为40mm的炮眼孔径;孔深450mm;药量800g。
  炸药:采用2号硝铵炸药,当炮眼中有水时,采用乳胶炸药。
  雷管:采用毫秒电雷管。
  起爆法:支撑系统拆除分几个段块进行,采用电力起爆法,大串联的电爆网络,用高能
起爆器起爆。
  3、爆破拆除法安全分析和控制措施
  (1)爆破振动:当炸药爆炸瞬间产生地震波,使周围建筑物产生振动,产生的地震波
与爆药的药量成正比,与距离成反比。爆破安全规程的规定:一般建筑物和构筑物的爆破地
震安全性应满足安全震动速度的要求,对一般砖房、非抗震的大型砌块建筑物,其地面质点
的安全震动速度为2~3cm/s。
  作业时,采用毫秒电雷管,并根据不同块段距离建筑物的远近来确定单段的装药量,严
格控制每一段雷管所起爆的炸药量,使地面质点的震动速度<2cm/s。
  (2)飞石控制:作业时,确保钻孔质量和孔深;严格控制药量;每次爆破前,炮孔口
复盖砂袋,再盖上铁板,其上再压砂袋,这样可以有效地控制飞石。
  (3)噪音控制:炮眼装好炸药之后,要用炮泥堵密实,再压上砂袋,它可减少噪音,
另外用电力起爆法,时间短,噪音得到控制。
  4、爆破拆除施工
  (1)试爆:为确保爆破拆除的顺利进行,在正式进行爆破拆除以前,大家先选择西南
角的一部分支撑环梁和斜撑进行试爆,其药量、孔径等炮眼参数均严格按照爆破设计来进行
。起爆以后,经过现场勘察,斜支撑的爆破效果相当理想,但是环形支撑梁的爆破效果就不
是太理想。通过对试爆结果和有关数据的分析,大家对环形梁支撑部分的孔距、药量、孔深
等参数进行了小调整,并根据调整后的炮眼参数,对环形梁进行了第二次试爆,爆破效果比
第一次有了明显提高,符合要求。
  (2)施工实施:在进行内支撑环梁系统施工时,大家先按照设计要求预埋了孔眼,作
业时,根据两次试爆后调整的各种技术参数,按照施工设计的要求,全面进行环梁支撑的拆
除施工,分段爆破,并采用型钢板包裹并上压砂包保护措施,避免爆破时的冲击砂石飞散和
噪音,以确保四周房屋及行人安全,由于药量、爆眼布置和引爆方案合理,大家保质保量、
按时、安全地完成了佛山宾馆环形梁支撑系统的爆破拆除任务。
  三、总结
  本工程成功运用了钻孔桩结合大型混凝土环形梁内支撑、三管摆喷水泥桩止水帷幕的联
合支护形式,以及多项新技术、新工艺的应用,是佛山市首例成功推广应用的环形梁内支撑
深基坑支护技术,实践证明支护和止水效果良好,安全可靠,为今后的深基坑设计积累了宝
贵的经验。
  地下室基坑混凝土内支撑系统的爆破拆除技术的应用,在佛山市也是第一次,我企业为
保证施工顺利进行,参考其它地区的施工经验,共同攻关,通过多方比较和分析,并经过试
爆调整各技术参数,在确保安全和工期的情况下,成功地完成了混凝土内支撑系统的爆破拆
除工作,使整个工程最终获得了成功。
  参考文献:
  1、《建筑边坡工程技术规范》GB 50330-2002
  2、《建筑地基处理技术规范》JGJ 79-2002 
J 220-2002
  3、《深基坑支护设计与施工》余志成 施文华编著 中国建筑工业出版社
     
 
 
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