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基坑鋼筋混凝土支撐爆破拆除技術

2016-11-10 17:21:33 責任編輯:崔瑋娜

汪  浩  陶順伯  徐建勇

(上海同炬爆破工程有限公司,上海,200092)

摘要:基坑鋼筋混凝土支撐是地下圍護結構的一種新形式,其鋼筋混凝上支撐圍檁的爆破拆除也是隨基坑圍護體系發展起來的新方法。論文回顧了20年來這一拆除方法的發展與完善過程,介紹了利用非電微差和孔內、外接力傳爆技術,結合專門設計的預埋孔和全封閉防護技術,增大了一次拆除量,免去了鉆孔作業工作量,有效地控制了爆破有害效應,使城市中大規模的支撐爆破拆除得以實現,并逐步形成一種多、快、好、省的支撐爆破拆除方法,得到廣泛的推廣應用。

關鍵詞:深基坑;鋼筋混凝土支撐;孔內、外接力傳爆;全封閉防護體系

 

l概述

隨著我國改革開放的不斷深入,建筑業蓬勃發展,大批高層建筑興建和地下空間開發利用的需要,地下停車場、地下商業區和地鐵車站的建設不斷涌現。這些地下工程的建造,必須要在一個預先開挖好的基坑內進行,所以在軟土地區的深基坑也大量出現,而作為支護深基坑的臨時性鋼筋混凝土支撐體系也就應運而生。隨著工程規模的增大,單個基坑的面積和基坑的深除,大量的支撐需盡快拆除。我公司自 1994年起開始采用爆破這種新工藝進行拆除,至今已有20個年頭,回顧這20年的歷程,利用非電微差爆破技術,采用小藥量多段別和全封閉式防護,使城市中較大規模的支撐爆破拆除得以成功,并得到了認可和應用,且在不斷的改進中得到了發展和完善。

對于面積較小形狀規則的基坑,以往一般采用鋼管支撐,拆卸比較方便。但對平面形狀比較復雜,面積較大的基坑,鋼管支撐不穩坍塌的事故屢有發生。因此產生了整體性好,剛度大的現澆鋼筋混凝土支撐體系作為臨時支護。混凝土強度等級達到C30~C40,一般含鋼量達150~200kg/m3甚至更高,非常堅固。當時用人工拆除,功效很低,施工進度很慢,遠不能滿足基坑施工進度。機械破碎在當時還沒有相適應的液壓鎬頭機。靜態破碎劑對此類支撐的破碎效果很差,無法推廣使用。

為了解決基坑支護新技術的推廣,必須要解決好拆除工期過長,影響整個施工進度的難題。雖然當時我們的城市控制爆破技術已經比較成熟,在理論上和技術上都能實施支撐的爆破拆除。但爆破拆除的安全性、可靠性,對基坑圍護結構的損傷,對周圍建筑物及其內部設施以及地下管線的影響,爆破飛石和沖擊波對人身的傷害等問題在當時很難講清,為此我們和支撐設計部門多次協調、研究,經過反復試驗,終于證明爆破的安全性和可靠性是有保障的;同時,利用非電微差起爆技術可以把一段起爆藥量產生的爆破振動控制在國家規程允許的范圍以內,而通過分段延期技術,把段別量增加到可以一次拆除任意多的工程量(理論上);特別是圍檁和基坑圍護結構(工程灌注樁或地下連續墻)不是現澆的整體結構,中間有施工縫,因此圍檁拆除爆破產生的裂縫延伸到施工縫為止,不可能向灌注樁或連續墻內發展延伸,也即爆破只會破碎支撐體系本身,不會損傷圍護結構。至于對周圍建筑物及其內部設施、地下管線的影響以及對人身的傷害等,已在城市建筑物拆除爆破中得到解決,所以將拆除爆破應用到支撐和圍檁的拆除中是完全可行的。

2支撐爆破拆除施工工藝的發展與提高

支撐拆除爆破屬于城市控制爆破,首要的還足要控制爆破振動和爆破飛石;其次是根據城市爆破的特點要求爆破次數要少,因此單次破碎l?程量就要大,以加快拆除速度。近年來為了加快施工進度,降低爆破負效應的影響,我們在爆破參數的確定、爆破振動的控制、施工工藝、安全防護及減小擾民等方面進行不斷改進,使得爆破方案更加完善。

我公司僅1994年就承接并完成了6項支撐爆破拆除工程,總工程量約6000m’,其中包括江蘇大廈、嘉興大廈、華僑大廈、長發花園、置地廣場和臨江花園。一開始我們還是采用鉆孔方案,孔距按常規確定,爆破效果也不錯,但發現一些問題,如藥量偏小,孑L淺易發生沖孔,孔深易發生穿孑L等現象;炸藥采用粉狀的2號銨梯炸藥,爆前要加工藥包,網絡采用四通連接裝藥,連線時間過長,影響施工進度,一天只能爆破200~300m’;防護較差,飛石經常有,主要依靠安全警戒。為解決這些制約爆破拆除的難題,公司做了大量的試驗研究工作,根據施工實踐,進行了下列改進。

2.1布孔技術改進

支撐布孔原先是按梁、柱爆破的布孔形式布置垂直孔,支撐截面較大(寬)就按“梅花形”布孔,孔徑d取40mm左右,抵抗線W取250~300mm,排距b≤W,孔距按毫秒爆破取a=2W,孔深L取  1103093551.png (梁高),如圖1所示。大量實踐表明,由于支撐爆破時抵抗線相對比較小,橫向箍筋直徑又小,混凝土抵抗橫向變形的阻力相對比較薄弱,容易產生裂縫破碎,而縱向主鋼筋粗炸小斷,但鋼筋向外移動會使縱向裂縫擴展得更加充分。同時我們也發現部分啞炮區的混凝土由于受鄰近炮孔爆破影響,也已經破碎,只是塊徑大一些,這說明支撐爆破時主筋振動加強了爆做的效果,所以炮孔孔距還有潛力可挖,因此我們將炮孔孔距增加了近一倍,a=800~1000mm,這樣只要簡單地調整單孔藥量,就可以減少炮孔,不僅節約了成本,減少了工作量,而且還改善了爆破效果,實踐證明這一改動非常成功,為現在絕大多數工程所采用。

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同時實踐也告訴我們,常規炮孔深度設計對于支撐爆破來說也并不完美,支撐爆破應增加炮孔孔深,由原來的  1103093551.png,改變為留底200mm,它不僅可以增加裝藥量和增加堵塞長度,更可以減少向上15I行和改孵爆破效果,更加符合基坑支撐爆破拆除的特點。

2.2起爆延期的改變和調整

采用非電微差起爆系統,就是為了控制一段最大起爆藥量,增加起爆段數,以增加一次起爆的拆除工程量。為此耍進行孔內外延期的傳爆網絡設計。早先采用常規的微差爆破網絡設計,即采用孔內毫秒延期,由于段別數量有限,所以采用若干段為一組,組與組之間用毫秒延期傳爆,如圖2所示。在施工過程中,由于裝藥與連線這兩道工序技術難度較大,施工速度較慢,而改為孔內單一的瞬發雷管起爆,孔外用毫秒延期傳爆。這一改變雖然連線速度提高,瞬發雷管起爆時間離散性小,爆破效果好,但由于爆破速度快,傳爆速度慢,傳爆網絡容易被飛石打斷。為此必須用材料覆蓋傳爆網絡進行保護。后改用孔內半秒高段位爆破,孔外毫秒低段位傳爆,孔外毫秒低段位傳爆速度快,孔內半秒高段位起爆慢(網絡如圖3所示),傳爆網絡不會被打斷,也不需要覆蓋保護網絡,既節省材料又節省人工,但孔內雷管起爆時間離散性大,炸藥爆破的共同作用性差,須適當提高炸藥單耗,以保證爆破效果,此舉可以大大提高爆破一次成功率,被廣泛推廣應用。

 

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2.3炮孔施工工藝改革

早期的炮孔是在支撐爆破前采用人工鉆孔,但這類施工要等支撐混凝土達到一定強度,鉆孔工期長,往往要提前進場施工,對整個基坑施工影響很大,而且噪聲粉塵也很大,不滿足環保要求。為了解決這一問題,我們考慮了預埋孔工藝,在澆筑混凝土時就派人員配合預埋,爆破時準備工作大量減少,只需在搭建防護時派人清孔、補孔、驗孔,減少了鉆孔噪聲和灰塵,減少了鉆孔噪聲和灰塵,減少了耗電量,減少了準備工作量及時間,減少了施工壓力。

2.4起爆網絡連接形式的改進

起爆網絡連接是支撐爆破的一個關鍵工序。因為量大,傳統的拆除爆破網絡四通連接的方法不僅連線慢,還由于接口多,容易發生漏接和接線質量問題引起傳爆中斷;考慮到要保證網絡傳爆的可靠性,同時也要提高連線速度,改用大把抓的連線方式,如圖 4(大把抓連線)所示,雖然導爆管用量增加但接線速度快,準爆率高,控制一段起爆藥量更有效,這在許多基坑支撐爆破中體現出了優越性。

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3.安全防護和減振措施的改善

技術上的發展給予支撐拆除爆破很大的生命力,逐步在上海以及各地推廣應用,但安全防護工作乃是工程是否能順利開展的關鍵。防護工程工作量大而繁重,爆前要搭設好,爆后要拆除,搭得馬虎就滿天飛,材料損耗大。最初支撐拆除爆破的防護只在支撐面上覆蓋兩層草包和兩層竹排,爆破后防護材料和石塊滿天飛,如最早的1994年的中心廣場支撐等。其后沿支撐兩側和頂面搭脫離式鋼釬腳手架,掛一層竹排,爆破后竹排基本飛光,延期起爆的飛石還是到處飛,如不夜城中心支撐的爆破拆除(1995年)。這種情況在上海這樣的鬧市中心顯然無法生存立足,不控制好飛石就無法采用爆破方法進行拆除。

3.1支撐爆破安全防護的改進

經過多次嘗試之后我們采用全封閉脫離式防護(如圖5所示),上蓋雙層竹排和一層密目綠網或草袋再加井字形鋼管壓住,爆破后能基本滿足飛石不出基坑。自1996年以后的申華金融大廈、圣愛廣場、南洋廣場支撐等大量的支撐爆破拆除工程均采用這一方法,并推廣到所有的支撐爆破項目中去。

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全封閉防護雖然可保證飛石不出基坑,但是當處理上道支撐時,仍會有個別飛石飛出,所以我們對上層支撐設計了雙層封閉式防護(如圖6所示),而下層支撐爆破僅用一層封閉式防護就夠了。防護棚的作用除防琶石外,還有降塵作用,所以在兩層竹排問要夾一層密目綠網或草袋,潮濕的更好。此外防護棚還有降低噪聲和減弱沖擊波的作用。防護效果的好壞與防護材料的好壞和搭設質量的好壞有關。如果防護覆蓋一旦被氣浪沖開,防護材料、飛石和灰塵就滿天飛。因此防護覆蓋整體性要好,有一定重量,覆蓋層還要與下部圍檁設置拉結點,以保證飛石不出基坑。

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3.2支撐爆破的振動控制

在爆破振動控制方面,嚴格控制爆破單耗和一段起爆藥量,一般每段控制在2~3kg以內。在振動要求嚴格的地段,支撐與圍檁的連接點采用人工切斷或布置預裂孔在爆破時先進行預裂爆破切斷。對振動要求高的部位,最大起爆藥量還可控制在1kg,甚至更低一些。這樣不僅能控制爆破振動,還可以降低爆破噪聲。

經過上述改變,支撐拆除爆破技術不斷完善,不僅較好地控制了爆破振動和爆破飛石,拆除速度也大大提高,由原來的每炮300~400m3增加到每炮1000~2000m3,最多一炮引爆過上萬發雷管,炸藥2~3t。

4工程實例

為了說明上述經過改進的爆破技術,下面舉例上海靜安嘉里綜合發展項目作為典型工程實例。

4.1概況

靜安嘉里項目位于延安中路銅仁路口,南側距離高架11m,北側安義路上有重要歷史文物保護建筑,距離僅6m,西側為常德路與7號線靜安寺站地連墻僅5,周邊環境十分復雜,環境如圖7所示。基坑不僅面積大,深度大(地下5層,27m),而且方量也大,總拆除支撐方量為3.4×104m3,其中2~5層采用爆破拆除,計2.4×104m3。第一層采用機械拆除,計1×104m3

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4.2支撐爆破技術參數

支撐爆破技術參數分別為:最小抵抗線W=250~300mm;孔距a=1000mm;排距b=200~300mm;

孔深L=0.7mm。

支撐爆破采用乳化炸藥,起爆系統采用塑料導爆管復式起爆網絡,延期選擇孔內半秒延期雷管Hs-4、Hs-5、Hs-6,孔外用毫秒延期雷管Ms-3和Ms-5,連線方式采用一把抓。爆破設計參數可參見表l。

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4.3爆破振動控制與防護

(1)孔內外微差爆破,一段藥量小于2kg,重點保護部位控制在1kg以下;

(2)為確保地鐵和保護建筑的安全,對這兩個部位的支撐和圍檁連接處爆破前用人工事先切斷處;

(3)整個基坑各點測試的振動值均控制在v=2cm/s以下;

(4)防護采用標準形式全封閉防護,如圖8所示,保證飛石不出基坑。

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4.4爆破效果

該工程自2009年9月開始至2010年3月最后一次爆破結束,共計爆破24000m3,平均每層6000m3,每次爆破2000m3,每次消耗乳化炸藥2.4t,雷管12000發。爆破效果良好,破碎充分,如圖9所示,周邊地鐵保護建筑未受影響,飛石不出基坑邊界。

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5結論

深基坑工程是在軟土地層(特別是飽和干)中大規模修建地下建筑(亦稱埋入式結構)時采用的的托換式施工方法,20多年來得到廣泛的推廣應用。

在過去,這類工程很少,有也是規模不大,采用木材或鋼結構作臨時支護建造,進度很慢,還容易失穩,未被推廣應用。由于現代建筑技術的發展,也為了合理地開發利用城市地下資源,開拓者將成千上萬平方米甚至幾萬平方米的土地向下開挖幾層,最深達到27m甚至更深,建造高層建筑的箱形深基礎,用作地下停車庫、地下商場等公共設施。到目前為止,深基坑工程就是在軟土地層中完成這類工程的最好施工辦法。

深基坑施工是在地面以下提供一個足夠大的空間修建地下設施。為了克服周圍巨大的水土壓力,在這個空間的周圍設置一道擋土止水的圍護結構。為了節省材料,充分利用空間,圍護結構必須自上而下,修建一道道臨時支撐。施工中是澆筑一道支撐,開挖一層地層,直至設計底標高;然后澆筑永久性的大底板后進行換撐;再自下而上拆除一道臨時支撐,澆筑一層地下室,并進行換撐,直至地面標高。由于基坑面積大,深度也大,臨時支撐材料必須用高標號鋼筋混凝土。用鋼筋混凝土作臨時支撐,可靠性有保障,但拆除難度大大增加,而且一層支護的混凝土量有幾千立方米,根據工程進度要求盡可能壓縮拆除時間,所以支撐采用拆除爆破成為與這一工法相配套的多、快、好、省的拆除方法。

    基坑支撐和圍檁的爆破拆除就是由此而發展起來的一門新技術,它是從20世紀90年代初

地下圍護結構改用鋼筋混凝土以來,為配合新型圍護結構而采用的拆除方法,經歷了一個不斷

改進、完善和發展進步的過程,該過程見表2。

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如今支撐爆破拆除已經是一個相當成熟的工藝。它不僅在上海,凡是在有軟土地基的地方如天津、蘇州、無錫、常州、寧波、福建甚至武漢都在廣泛地使用。回顧這一工藝方法20年來走過的路程,我們深深體會到實踐出真知、技術出效益的真理始終是正確的。一個好的基坑圍護方法,必須要有與之配套的拆除辦法,而實踐證明爆破拆除是基坑支撐拆除的最佳選擇。

參考文獻

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摘自《中國爆破新進展》


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