基坑内支撑爆破拆除技术分析与探讨

陈志刚

摘要：本文结合实例，对基坑内支撑爆破拆除技术进行了分析与探讨，以供同仁参考。

关键词：基坑内支撑；爆破拆除；安全控制

一、工程概况

佛山市区某建筑基础工程，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，以确保基坑开挖过程中的稳定。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。

为加快项目工程进度，基坑内支撑拟采用控制爆破方式进行拆除。爆破拆除的支撑梁断面分为1.5m×0.9m、0.9m×0.9m、0.8m×0.9m、0.6m×0.9m四种规格，钢筋混凝土结构，需爆破拆除总方量约2000立方米。本次拆除爆破项目位于市区繁华地段，爆破环境复杂，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。爆破基坑周边环境如图1所示。

图1、工程环境示意图

二、基坑内支撑爆破孔网参数的选取及试爆

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。

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。

爆体厚度H：拆除所有梁厚度均为90cm，底部均有自由面。

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。

最小抵抗线W：经过认真研究各支撑梁布筋格局及砼结构，根据多年的类似拆除爆破施工经验，最小抵抗线取25~35cm。

孔距a、排距b：通常此厚度的钢筋砼结构布孔参数：孔距30~50cm，排距30~50cm，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，选取合适的孔距和排距。对梁的结合部，由于钢筋加密，应加密布孔。

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

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。试爆时，根据结构分析选取应力相对较小的部位进行试爆。爆破前，在各分块区域内，选择受力相对较小的同结构梁进行试爆，试爆确定出安全、合理的装药量后，再在周边梁上展开大面积爆破作业。为避免施工中出现悬臂梁、对钢柱周边试爆应尽可能换为在相同结构的支撑梁上进行。

（1）第一层内支撑：

第一层内支撑须拆除的支撑梁包括：HL1：1500×900mm，L1：1500×900mm，C1：600×900mm，C1’：800×900mm，C2：600×900mm，C3：600×900mm，C3’：800×900mm，YL1：600×900mm。第一层支撑梁爆破参数统计如表1所示。

（2）第二层内支撑：

第二层内支撑须拆除的支撑梁包括：HL2：1500×900mm，L2：1500×900mm，C4：800×900mm，C4’：900×900mm，C5：800×900mm，C6：800×900mm，C7：800×900mm，C7’：900×900mm，YL2：800×900mm。第二层支撑梁爆破参数统如表2所示。

三、爆破网路的连接和保护

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。

由于支撑梁是一条一条进行控爆，每次爆破的孔数不会太多，孔外雷管的导爆管采用“大把抓”（一般不超过20根）的形式进行连接，每组“大把抓”再绑上2发导爆管雷管，并将其并起来，用电雷管则用起爆器引爆，也可以用导爆管雷管击发针引爆。

由于爆破时要控制单段落起爆药量，这使得一次爆破分段较多，段间延期时间较长，需采用孔外接力延期网路。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。

四、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：

（1）爆破振动校核及控制措施

爆破振动可用介质振动的速度来表示强弱，在我国现行《爆破安全规程》中是以地面质点垂直振动速度来表示。本工程爆破振动速度用下面公式进行计算：

Ｖ＝KK’(Ｑ１/３/Ｒ)α；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。

爆破振动应严格按照国家标准执行，国家标准《爆破安全规程》(GB6722—2003)对不引起建(构)筑物破坏的爆破地震安全震速规定如下：一般砖房为2~3cm/s；钢筋混凝土框架房屋为3~5cm/s；新浇大体积混凝土龄期7~28天为7~12cm/s。爆破安全允许最大单响药量计算公式如下：Qmax=R3(V/（KK’）)3/α。

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。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表3，正式爆破经过现场试爆进行验证并进行优化控制。

注：取V≤3cm/s，按最大单孔药量200g/孔计算。

根据上述校核结果，实际施工时，除被保护体边距离上爆破施工接近理论值，其余区域均远小于理论较核结果。由于爆区面积大，为保证施工进度，在远离楼房区域，满足安全条件下，可一次尽量多爆。爆破全过程中持续进行爆破振动监测，指导优化爆破施工。爆破前对周边楼房进行安全调查、摄影记录，若发现非正常状态的房屋，应根据实际情况及时下调理论安全控制振动速度。

（2）爆破飞石校核与控制

尽管本工程控制爆破的药量不大，一般不会产生飞石，但因施工钻孔偏差、材质不均匀、堵塞不理想等因素也会导致个别飞石。个别飞石的安全距离由下述公式校核计算：V=20（Q1/3/W）2；S<=V2/G；式中:V--飞石初速m/s；W--最小抵抗线(m)；S--飞石最远距离(m)；Q--单孔药量；ｇ--重力加速度m/s2

将有关数值代入上式得：S=46.2m，理论安全警戒范围为基坑边缘向外50米，由于实际环境情况，个别地点可能达不到理论警戒距离，必须进行覆盖控制飞石飞出基坑。

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，在爆破施工中绝不允许爆破飞石飞出基坑外，危急周边人员、设施及过路车辆的安全。爆破时严格控制爆破药量、确保堵塞质量，同时必须在待爆支撑梁上方进行覆盖防护。爆破网络形成后，在支撑梁顶面垫上支撑沙袋，支撑沙袋上面盖防护铁板，铁板之间搭接10-20cm，上面再压2~4层沙袋（防护用沙由甲方协助提供）。支撑梁的侧面采用2～3mm厚的铁板进行防护，每块铁板截成1×1.4m的规格，预先在铁板上开孔，用10号铁丝连接挂在爆破的支撑梁侧边，确保爆破时侧向飞石也不会飞出基坑。防护结构示意图如图5-1所示。

（3）爆破空气冲击波及噪声

因拆除爆破单孔装药量都很小，且为孔内微量装药，空气冲击波很小，不会产生任何破坏作用。同时，为做到万无一失，我们在铁板下加盖沙袋、胶板、胶帘等柔性材料覆盖进行吸音防护，实践证明噪音及冲击波都很小，可不予考虑。

，孔距30cm，深度70cm，装药量为正常孔的一半，以进一步减小爆破裂隙范围，控制爆破振动。实际施工时，腰梁爆破时单响齐爆药量控制在2kg以内。

五、爆破效果与结论

由于此次爆破网络设计可靠，分段装药可行，每次爆破作业面及孔内都有水的情况下进行，没有出现网络传爆中断现象。本工程经过专家认论证和试爆后，爆破参数选取合理（对于合理选择爆破参数、单耗根据公式计算是远远达不到效果，还需考虑类似经验与配筋的不同来调整），钢筋分离、砼破碎块度都很理想，防护可靠，飞石没有出基坑，周边爆破振动速度也不十分明显，没有对周边建(构)筑物造成损伤；通过监测结果比验算结果都要小得多，爆破振动波如遇到空气，就会向空气中传入一压缩波，衰减后变成声波，同时振动波向介质内传播一稀疏波，进一步衰减原振动波，最明显的就是弹性波在柱状、管状体中传播时。再就是环梁爆破振动就是首先通过格构柱传人地下，考虑多泥土的衰减因素，因此振动随距离的增加迅速衰减，爆破安全验算结果与爆破实时监测结果都表明此次爆破产生的振动对周边建(构)筑物不构成损伤。