爆破减震缓冲垫在深基坑钢筋混凝土支撑梁拆除的应用

成旭++孟祥栋++郑里华++许明娇++吕国才++李民++张阳++李磊++齐普衍

摘 要：本文介绍了临近海港的天津塘沽某业务综合楼、深基坑钢筋混凝土支撑梁，首次应用缓冲垫减震爆破拆除方法，并提出柔性防护新措施。深基坑共设三道钢筋混凝土水平支撑梁，详细介绍了爆破拆除设计原则和施工工艺。并对几种常用的基坑支撑环梁拆除方式，爆破拆除、机械拆除和人工拆除的施工特点和经济性进行对比和分析。

关键词：临海深基坑 三道支撑防护梁 缓冲垫爆破减震拆除 柔性防护

中图分类号：TV551.4 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）09（b）-0067-04

1 工程概况

天津塘沽某业务综合楼于地下室施工期间共有三道支撑防护梁，支护采用临时性水平支撑的地下连续墙支护形式。基坑地下水位随海水潮位起落而变化，地下连续墙以及已经施工完毕的内部结构受到的侧压力，远比内陆地区深基坑大得多。该项目总建筑面积为18.7万m2，总建筑高度270m，拟建3层地下室，基坑占地面积约17000m2。±0.000m相当于大沽高程+4.080m。第一道支撑上部标高为-3.400m，第二道支撑上部标高为-8.300m，第三道支撑上部标高为-13.300m。待拆除支撑防护体系跨度大，交接处多，材质坚固，基坑占地面积大，基础底板上承台、竖筋较多，工期较紧。因此，本次拆除工程对拆除的顺序、后续钢筋的切割及渣土的清理有严格要求。但精心设计、精心施工、严格管理，可以在满足工期要求的前提下，完成拆除任务。

支撑防护梁结构平面图如图1所示，支撑梁型包括：环梁1：截面尺寸1800mm×800mm；环梁2：截面尺寸1200mm×700mm；支撑1：截面尺寸1400mm×800mm；支撑2：截面尺寸800mm×700mm；支撑3：截面尺寸700mm×700mm。

2 地下支撑梁拆除方案

常规施工方法，一般是由下而上逐道拆除水平支撑，由于受到主体工程工期的制约，不能按常规作业方式施工，形成水平支撑梁夹于楼板之间的情况，因此，如何安全快速地拆除水平支撑梁系统，就成了影响整个工程施工进度和施工安全的一个重要环节和关键。在地下室底板浇筑之前就开始考虑水平支撑梁系统的拆除方案。

采用人工拆除法：施工效率低工期长；施工安全较差；液压锤拆除破碎程度高，回收方便，无飞石危害，但是工期长，噪声大、粉尘较多等，液压锤击的噪声能达到102.4dB，且作用时间长，严重影响了周边工作人员的正常工作，会对周边居民产生干扰，如采用传统机械拆除方法，时间长，一道梁最少需要20天，从而无法满足整体工期的要求；采用静态膨胀剂拆除法：要钻的孔眼数量多；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，还得用风镐处理，工作量大、施工成本最高。采用爆破拆除法：效率高、工期短、成本适中，爆破法虽然会产生爆破振动和飞石，但随着爆破技术的发展和新型爆破器材的出现，用控制爆破法对支撑梁进行拆除已经取得成功。根据拆除工程的要求，通过精心设计施工和防护，严格控制爆破危害，完全能够达到快速经济高效拆除支撑梁的目的。采用微差爆破技术拆除围护水平支撑，极大地减少了采用人工风镐拆除的劳动强度，改善了工人作业的劳动环境，缩短了人工拆除的施工工期。

同等距离处，爆破拆除振动峰值远大于机械拆除振动峰值，基坑内部近区范围内爆破拆除振动峰值大于国家标准，采用微差爆破技术配合使用爆破减震缓冲垫拆除和柔性防护，使基坑爆破振动峰值较小，低于国家标准，且振动持续时间短、爆破次数少，因此不会对周边结构造成损伤影响。机械拆除振動峰值较低但工期较长，工作效率较低，且与基坑建设相干扰；而爆破拆除工期较短，工作效率较高，又不与基坑建设相干扰，对于工期较紧的工程，机械拆除根本不适合。

施工方案经过专家论证，采用毫秒微差延时爆破降振技术拆除配合使用缓冲垫减震和柔性防护切实可行。

3 爆破拆除施工技术

欲爆破拆除的支撑防护梁结构如图2所示。

3.1 爆破拆除设计

爆破拆除时必须保证整个深基坑围护结构的安全稳定、浇筑地下室各层的质量、周围房屋和过往行人及车船的安全，同时防止止水帷幕破裂使海水大量渗入深基坑内。

为确保爆破拆除工作顺利进行，工程技术人员共同攻关、认真研究，参考其他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的特点，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。

爆破设计采用直径40mm的炮孔，直径32mm的乳化炸药，根据支撑梁断面结构、单位炸药消耗量情况，确定爆破参数。

具体爆破参数：

（1）最小抵抗线W=0.3m。

（2）孔间距a 取0.9m。

（3）炮孔排距b=0.3m。

（4）炮孔深度L取0.6m。

（5）单位炸药消耗量q=1.16kg/m3。

（6）设计药量：

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

其中：a为孔距，m；H为构件截面高，m；B为构件截面宽，m；n为构件横向炮孔排数；V为n个炮孔负担的体积，m3。

环梁1网路设计：

设计药量为300g，每束最多不能超过20根导爆管雷管，一束起爆同一时间起爆的炮孔最多为8个，单响药量为2.4kg，孔内采用毫秒10、11、12段雷管，孔外使用毫秒3段雷管连接。

环梁2网路设计：

设计药量为200g，每束最多不能超过20根导爆管雷管，一束起爆同一时间起爆的炮孔最多为14个，单响药量为2.8kg，孔内采用毫秒11、12段雷管，孔外使用毫秒3段雷管连接。

支撑1网路设计：

设计药量为300g，每束最多不能超过20根导爆管雷管，一束起爆同一时间起爆的炮孔最多为10个，单响药量为3kg，孔内采用毫秒11、12段雷管，孔外使用毫秒3段雷管连接。endprint

支撑2网路设计：

设计药量为200g，每束最多不能超过20根导爆管雷管，一束起爆同一时间起爆的炮孔最多为20个，单响药量为4kg，孔内采用毫秒11段雷管，孔外使用毫秒3段雷管连接，如图3所示。

支撑3网路设计：

设计药量为250g，每束最多不能超过20根导爆管雷管，一束起爆同一时间起爆的炮孔最多为20个，单响药量为5kg，孔内采用毫秒11段雷管，孔外使用毫秒3段雷管连接。

本网路单孔药量设计最大药量300g，单响药量控制在2.4kg左右，孔外延期传播速度快，孔内雷管起爆延期时间长，孔外传爆结束后孔内雷管才起爆，空间及起爆顺序的合理设计，可使起爆网路按预定的顺序安全起爆。

对以上不同断面支撑防护梁爆破设计参数进行汇总，见表1。

总体网路设计：

起爆信号发出后，通过主线将爆破能量传递至各分支的连接雷管，将传递时间在各分支的前两束雷管处分开，连接全部采用MS3段雷管向后传递，为了降低爆破震动，除了减少单孔炸药量，还采用加强传爆导爆管雷管接力式簇并联起爆网络。该起爆系统由起爆雷管、孔外传爆雷管和孔内起爆雷管组成。选用毫秒延时微差缓冲爆破降振技术（专利），分层、分区、分段逐步爆破拆除，使炮孔内的炸药量逐段爆破，达到降低地震波、减少空气冲击波的目的。减少因爆破振动波叠加带来的振动破坏作用。

采用非电导爆管起爆，导爆管雷管用导爆管和四通连成复式并联网路如图3所示，高能起爆器起爆。

爆破产生的振动远远大于人工拆除，对地下连续墙以及已经施工完毕的内部结构对爆炸振动波的控制是整个爆破风险控制的源头。因此，在与地下连续墙以及已经施工完毕的内部结构接触的基坑支撑梁的炮孔内，加装减震缓冲垫（专利）如图4所示，大幅度降低爆破产生的振动冲击荷载，避免引起破坏。

3.2 爆破拆除法安全分析和控制措施

（1）爆破振动：炸药爆炸瞬间产生地震波，使周围建筑物产生振动，地震波与炸药的药量成正比，与距离成反比，爆破安全规程规定，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，作业时，采用毫秒雷管、降振专利技术，严格控制每一区段起爆的炸药量，使地面质点的震动速度低于规范允许值。

（2）飞石控制：确保钻孔质量、孔距和孔深；严格按设计要求装填炸药量；严密防护：每个炮口上压一个砂包，支撑梁再用橡胶条带包住梁顶与梁侧，在梁顶橡胶条带上再压砂包；实行柔性防护。采用良好的防护技术，使得爆破飞石运动范围局限于基坑范围内，不会对周边结构和人员造成危害。

（3）噪声控制：炮眼装好炸药之后，用炮泥堵密实，压上橡胶条带和砂袋，可减少噪声，另外用电力起爆法，微差爆破，时间短，噪声能有效控制。

3.3 爆破拆除施工

为避免能量集中，严格控制单孔药量，采取了多打孔、少装药、微差延期起爆和柔性防护等措施，将能量合理分散、减少对外释放。起爆之前，断开主要传递振动的联系部分，即断开支撑与围檩的连接。根据支撑梁结构特点，本设计选择采用连续的装药方式。先用炮棍清孔，放入炸药，起爆雷管放在中部药包内，使用含水量适宜、粘度合适的泥土作为填塞材料，用炮棍将炮泥挤实，保证填塞的质量。炮孔的填塞长度应能阻止爆炸气体过早地冲出孔外，使混凝土破碎更加充分。具体可以视混凝土性质和炸药的性质而定。当填塞长度等于抵抗线时，可严格控制飞石。所以，根据具体性质和周围环境，进行合理填塞长度选择，在炮孔口压沙袋的办法，可加强填塞效果，控制爆破飞石。

为了严格控制爆破产生的大量飞石，爆破前在基坑顶面和侧面覆盖橡胶防护毯作为飞石防护装置，爆破后发现，防护橡胶毯未遭到破坏，基坑外面无爆炸飞石，主动控制飞石的方法主要体现在爆破参数与网路设计上，被动控制的方法主要基于顶部和侧面对爆破体进行覆盖。具体措施为顶部防护措施用钢管做支撑骨架，支撑面距离爆体以上支面钢管的纵横间距为在支撑顶部骨架上铺设废胶皮，胶皮上用井字型钢管压牢，侧面防护措施，侧向防护棚应距离支撑外侧以上，胶皮挂在钢管骨架内侧并用铁丝加以绑扎，覆盖到被爆体下部即可。

因为基坑内各种施工机械建筑材料电气设备较多，相邻建筑与爆破区域距离较近。故要考虑爆破飞石的危害。为了将爆破飞石控制在安全范围内，特制定专项防护搭设方案。

待前期炸药雷管装填完毕后，采用人工将橡胶输送带轻拿轻放，顺着起爆网路顺序，均匀地覆盖在被爆体上，搭接部分应在50～80cm，并用钢丝以每80cm绑扎二道，为防止飞石在瞬间飞出损坏其他网路及设施，第一道绑扎的钢丝不易过紧，适当留有20～30cm的上下自由空間，防止飞石挣断第一道钢丝，特设第二道绑扎钢丝，适当留有40～50cm自由空间，防止橡胶带被炸开，将飞石控制在安全距离以内。

4 爆破振动及飞石安全距离验算

按网路设计分段计算，参照《工程爆破实用手册》计算出一次最大段单响药量为2kg，在实际爆破中，一次齐发爆破炸药量均控制在2kg以内，并且同一时间起爆的炸药分散分布，能量在空间上不集中，爆破振动安全距离将远小于15m。

爆破震动引起建筑物破坏的强度标准，主要是根据质点振动速度来衡量。基坑支撑爆破拆除引起的质点振动速度衰减公式：

V=K（R/Q1/3）-ɑ

式中：V为质点振动速度，cm/s；Q为同时爆破的最大装药量，kg；R为测点至炮孔装药源的距离，m；ɑ为爆破地震波衰减系数，与天津类似淤泥质软土有关，与支撑梁爆破体和地下土体地面接触面积大小有关，取1.3～2.0，本次计算取1.8；K为与爆破方法、装药条件等因素有关。参考天津类似工程设计用参数，本次计算取80。

布置了6台测振仪，测点布置如下。

（1）在工地周围距离较近的建（构）筑物旁布置测点。

（2）周围重点保护对象处布置测点。

（3）距离理论计算的振动安全距离15m处布置测点。

二号机Z通道数据最大，具体如图5所示。

由上可知本次爆破作业的振动对周围建筑的影响属于正常允许范围，本次爆破作业完全属于安全作业。

支撑防护梁结构爆破拆除起爆瞬间如图6所示，支撑防护梁结构爆破后效果如图7所示。

5 结论

本工程分两期历时5天，爆破后，混凝土完全破碎，爆破效果及安全达到设计要求，得到业主及总包单位的好评。得到以下几点结论。

（1）所采取的爆破拆除方案技术（专利）是可行的，确保了深基坑及保留的围护结构安全稳定。

（2）在拆除爆破中，引入爆破降振等专利技术，不仅能达到预期的爆破效果，即混凝土与配筋基本分离并且大部分留在钢筋笼里，钢筋笼膨胀主筋没断，而且有效地控制爆破震动和飞石。确保基坑及周边地下通道和民房的安全。

（3）采用隔空柔性全封闭防护措施对防止飞石和冲击波是安全可靠的。

（国家专利局授予专利：ZL201220230579.7.，ZL 201220107888.5，ZL201220750552.0）

参考文献

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[2] 刘红，张计划，齐普衍.控制爆破在基坑支撑体系拆除中的应用[J].西部探矿工程，2012（2）：47-52.

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[4] 徐先华.钢筋混凝土水平支撑梁爆破拆除技术[J].浙江建筑，2011，28（10）：50-52.

[5] 成旭，宋锦泉，叶图强，等.大幅度提高岩体边坡爆破开挖稳定性的缓冲垫研究[C].中国爆破新技术，2012.endprint