摘  要：以上海青草沙5號溝泵站基坑建設(shè)為背景，通過對基坑內(nèi)支撐與圍檁的多次爆破方案和所監(jiān)測到的爆破振動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析對比，總結(jié)出一套基坑內(nèi)支撐與圍檁爆破拆除方法。該方法在保證爆破效果的基礎(chǔ)上。使得基坑內(nèi)支攆與圍檁的爆破拆除對地下?lián)跬翂�、在建基坑結(jié)構(gòu)、塔吊、周邊建筑結(jié)構(gòu)等的影響最小。

關(guān)鍵詞：支撐；圍檁；爆破拆除；振動監(jiān)測；結(jié)構(gòu)損傷

1   引言

上海青草沙5號溝泵站基坑位于上海市浦東新區(qū)曹路鎮(zhèn)五號溝地區(qū)，該基坑采用鋼筋框架式結(jié)構(gòu)，其鋼筋密度是常規(guī)基坑鋼筋密度的1.5倍�；�坑?xùn)|西長135.2m、南北寬89.2m、深24．7m，基坑結(jié)構(gòu)支撐平面見圖1�；�坑內(nèi)支撐分5層，標(biāo)高見圖2。

在確保工程質(zhì)量的基礎(chǔ)上，為縮短工程建設(shè)工期，決定對基坑內(nèi)支撐與圍檁采用爆破方法拆除，為了防止爆破振動對基坑地下?lián)跬翂�、在建基坑結(jié)構(gòu)、塔吊、周邊建筑結(jié)構(gòu)等的損傷，采用爆破振動儀對爆破振動進(jìn)行實時監(jiān)控，并對爆破振動數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在確保爆破效果的基礎(chǔ)上優(yōu)化爆破方案，使支撐與圍檁的爆破拆除對周邊建筑結(jié)構(gòu)的影響降到最低限度。經(jīng)對各次爆破方案及相應(yīng)的爆破振動監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析，可見影響基坑內(nèi)支撐與圍檁爆破拆除的因素很多，通過總結(jié)爆破施工經(jīng)驗，提出基坑內(nèi)支撐與圍檁爆破的幾個關(guān)鍵技術(shù)[1,2]。

2   基坑內(nèi)支撐與圍檁爆破影響因素分析

基坑內(nèi)支撐與圍檁的爆破與一般建筑結(jié)構(gòu)拆除不同：基坑內(nèi)的支撐和圍檁的臨空面多，一般為3～4個臨空面、拆除部位支撐與圍檁只受自身重力影響、基坑內(nèi)圍檁與地下?lián)跬翂ο嚆暯印⒌叵聯(lián)跬翂κ芡寥绹鷫鹤饔么�、爆后回收廢鋼筋和清碴為高空作業(yè)、基坑內(nèi)下部內(nèi)襯墻及內(nèi)部結(jié)構(gòu)建設(shè)與上層支撐和圍檁爆破拆除是同步進(jìn)行的。因此在評價基坑內(nèi)支撐與圍檁爆破效果時，主要考慮以下3個評價標(biāo)準(zhǔn)：①基坑內(nèi)支撐和圍檁的爆破不會對地下?lián)跬翂�、立柱、預(yù)保留體、基坑內(nèi)已建基坑結(jié)構(gòu)、塔吊、周邊建筑結(jié)構(gòu)造成損傷；②基坑內(nèi)支撐和圍檁爆破后應(yīng)方便廢鋼筋的回收，廢鋼筋的回收主要采用人工切割，為了加快回收進(jìn)度，需要爆后混凝土與鋼筋充分分離，同時要確保底部作業(yè)人員的安全；③爆破大塊率低，方便人工清碴，由于基坑內(nèi)襯墻和內(nèi)部結(jié)構(gòu)建設(shè)與基坑內(nèi)支撐和圍檁爆破同步進(jìn)行，后續(xù)結(jié)構(gòu)的建立導(dǎo)致很多區(qū)域空間狹小，只能人工清碴，因此需要爆后混凝土的大塊率低。

根據(jù)上述3個評價標(biāo)準(zhǔn)，通過對各次所監(jiān)測到的振動數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析得出，影響基坑內(nèi)支撐與圍檁爆破效果的主要因素有爆破施工工藝、爆破分區(qū)選擇、局部區(qū)域爆破藥量的確定、孔間爆破延時控制及爆破網(wǎng)路。

2.1 爆破施工工藝

該基坑內(nèi)支撐爆破工作量較大，鉆孔較多，為了節(jié)約施工成本、加快爆破施工進(jìn)度，在基坑內(nèi)支撐與圍檁澆筑施工時提前埋設(shè)半通塑料管，作為爆破炮孔。

基坑內(nèi)圍檁結(jié)構(gòu)與地下?lián)跬翂�結(jié)構(gòu)相連，為了減少圍檁爆破對地下?lián)跬翂Φ挠绊�，在圍檁澆筑時在靠近地下?lián)跬翂σ粋?cè)預(yù)埋設(shè)貫穿性空氣管，以便形成空氣帷幕[3,4]，減少爆炸沖擊波對地下?lián)跬翂Φ奈：�。基坑�?nèi)圍檁結(jié)構(gòu)與地下?lián)跬翂�結(jié)構(gòu)通過鋼筋搭接相連，鑒于此基坑結(jié)構(gòu)的特殊性，圍檁結(jié)構(gòu)與擋土墻結(jié)構(gòu)銜接的鋼筋密度較大，因此為了取得圍檁部分較好的爆破效果，爆破前應(yīng)對圍檁與地下?lián)跬翂�結(jié)構(gòu)銜接部位的部分鋼筋進(jìn)行預(yù)處理。

根據(jù)何廣沂教授的露天深孔水壓爆破研究可知[5]，當(dāng)在炮孔中注入水介質(zhì)加以間隔封堵，利用水介質(zhì)的不可壓縮性，可以顯著地提高炸藥能量的有效利用率，降低炸藥單耗。圍檁部分與地下?lián)跬翂�結(jié)構(gòu)相連，為了減少圍檁部分爆破對地下?lián)跬翂Φ奈：�，在總藥量一定的基礎(chǔ)上，應(yīng)提高圍檁部分炸藥能量的利用率，因此對圍檁部分炮孔采用充水爆破，提高爆破效果。

在爆破上層支撐和圍檁時，由于下部基坑在建結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成，因此必須考慮爆破產(chǎn)生的沖擊波和飛石對下部在建基坑結(jié)構(gòu)的影響。爆破拆除時空氣中爆炸沖擊波引用了修正的薩道夫斯基公式可知[6,7]：

式中：△pø為空氣沖擊波超壓，105Pa；△pør為物體表面空氣沖擊波超壓，105Pa；是比例距離，m／kg1/3；R為藥包中心至測點距離，m；P0為大氣壓力，105Pa；W為修正的裝藥量，kg。W根據(jù)下式確定：

W = K1K2μW 0                          (4)

式中：K1為2#巖石硝銨炸藥與TNT爆熱之比，取O.93；μ為爆破拆除時炸藥爆炸轉(zhuǎn)換為空氣沖擊波能量占總能量的比例，μ取決于爆破條件，孔內(nèi)爆破時μ=O.1～O.35，本工程取0.35；W0為最大一段起爆藥量，kg；K2為測點處炸藥量的等效系數(shù)(K2≤1)，本基坑爆破支撐區(qū)域K2 W0取2.4kg。根據(jù)上述式(1)～(4)，不同測點處超壓如表1所示。

由表1可知，為了降低上部支撐與圍檁爆炸產(chǎn)生的爆炸沖擊波對下部在建支撐的影響，下部支撐所受的空氣沖擊波超壓應(yīng)滿足△pø≤3MPa，因此下部在建支撐至少距離上部待爆破支撐與圍檁下表面1.1m以上。同時為了加強(qiáng)防護(hù)，可在新建支撐表面上覆蓋一層氈布，防止沖擊波和飛石的危害。而且在上部支撐與圍檁爆破時，下部在建基坑結(jié)構(gòu)應(yīng)已具有一定的抗沖擊強(qiáng)度，這需要上部爆破與下部建設(shè)有一段間隔期。

2.2 爆破分區(qū)選擇

單層支撐爆破總面積約12015m2，爆破總方量約4000m3，在單次總藥量限制的情況下只能進(jìn)行分區(qū)爆破。爆破分區(qū)的原則是：前期爆破施工對后期爆破區(qū)域結(jié)構(gòu)不造成結(jié)構(gòu)損傷，后期爆破對前期爆破區(qū)域爆后施工的結(jié)構(gòu)不造成損傷，爆破振動疊加區(qū)域應(yīng)盡量避開受保護(hù)結(jié)構(gòu)、必須不在受保護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力集中區(qū)。在此原則上，爆前共設(shè)計四種爆破分區(qū)方案，分別如圖3所示。

比較上述四個分區(qū)方案，方案2的爆破次數(shù)最少，根據(jù)損傷累計理論，爆破次數(shù)的減少直接降低了爆破對擋土墻和新建結(jié)構(gòu)的損傷概率，而且爆破次數(shù)的減少也相應(yīng)的降低了爆破成本，因此方案2是最優(yōu)方案“但由于工程需要，后續(xù)支撐棧橋3區(qū)必須作為1、2爆破區(qū)域爆后回收廢舊鋼筋和坑內(nèi)基建上下用的重要渠道，因此棧橋區(qū)域需要獨立爆破。比較分區(qū)方案1、3、4，在其它情況都相同的基礎(chǔ)上，分區(qū)方案1和3的爆破振動對棧橋區(qū)域(長邊中心區(qū)域)的擋土墻和新建后續(xù)結(jié)構(gòu)的影響較��；分區(qū)方案1和4的爆破振動對兩邊(短邊)中心區(qū)域的擋土墻和新建后續(xù)結(jié)構(gòu)上的影響最小，因此方案1是優(yōu)選方案。本基坑前期支撐與圍檁爆破由于離底部高差不大，人員和材料上下方便，因此采用方案2的分區(qū)方案，后期由于后續(xù)基坑內(nèi)新澆筑的混凝土有施工進(jìn)度的差異，考慮上層爆破對下層新建結(jié)構(gòu)的影響，因此改用方案4的分區(qū)方案。

2.3 爆破藥量控制

該基坑圍檁截面尺寸為寬2000mm×高800mm，支撐1截面尺寸為寬800mm×高800mm，支撐2截面尺寸為寬1500mm×高800mm。為了減少圍檁和支撐爆破對基坑結(jié)構(gòu)的影響，該基坑支撐與圍檁爆破采用多布孔、少裝藥的原則，多點起爆分散爆破總藥量，減少爆破產(chǎn)生的危害。因此圍檁采用6排梅花型布孔，支撐1采用單排之字型布孔，支撐2采用4排梅花型布孔。圍檁與支撐2爆破藥量q1和支撐1的爆破藥量q2如式(5)所示[10]：

q1 = K1abH，  q2 = K2aWH                   (5)

式中：q1、q2為單孔裝藥量，g；K1、K2為炸藥單耗，g/m3，K1取900 g/m3、K2取1200 g/m3；a為孔距，取1m；b為排距，取0.3m；W為最小抵抗線，取O.3m；H為支撐與圍檁高度，取O.8m。因此，圍檁和支撐2的單孔藥量為216g，支撐1的單孔藥量為288g。

該基坑圍檁與地下?lián)跬翂ο噙B，為了減少圍檁爆破對地下?lián)跬翂Φ挠绊懀瑢�圍檁部分采用松動爆破，因此圍檁裝藥量做了適當(dāng)調(diào)整，減少了單孔裝藥量。而對于支撐部分，由于其臨空面好，且距離地下?lián)跬翂�較遠(yuǎn)，為了清碴和回收廢鋼筋方便，需要混凝土和鋼筋完全脫離開，因此對支撐部分適當(dāng)加大了單孔裝藥量。

2.4 孔間爆破延時控制

該基坑爆破總的延時控制原則是：“孔內(nèi)大延時、孔外小延時”。由于圍檁部位與地下?lián)跬翂ο噙B，因此對圍檁部位采用“單孔單爆”的原則；支撐部位距離地下?lián)跬翂�較遠(yuǎn)，且通過圍檁與地下?lián)跬翂ο嚆暯樱�因此支撐部位采�?ldquo;組孔延時爆破”的原則[11，12]。這樣既有利于整個網(wǎng)路布置，又有利于支撐內(nèi)部鋼筋混凝土的破碎。該基坑內(nèi)部支撐、圍檁與地下?lián)跬翂κ菍儆谝粋�整體結(jié)構(gòu)，且每層都是大面積爆破，采用的是半復(fù)式網(wǎng)路，因此在某一區(qū)域監(jiān)測到的爆破振動是不同區(qū)域爆破所產(chǎn)生的振動通過不同路徑傳播到監(jiān)測點的疊加，對整個網(wǎng)路爆破的延時要求應(yīng)以造成最小疊加為基礎(chǔ)。在現(xiàn)有普通雷管延時精確度不高的條件下，為了達(dá)到更好的降振效果，只有增大單爆之間的延時間隔。通過對前兩次監(jiān)測到的爆破振動數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，爆破振動主頻和振動的能量主要分布在10～100Hz范圍內(nèi)，如表2所示。根據(jù)傅里葉逆變換，為了減少爆破振動的疊加，決定增大孔外小延時段別，采用MS4段雷管。

2.5 爆破網(wǎng)路優(yōu)化

在基坑內(nèi)爆破支撐與圍檁時，爆破網(wǎng)路對爆破振動的影響是至關(guān)重要的�；�坑內(nèi)支撐與圍檁爆破屬于大面積爆破，主體爆破區(qū)域是支撐結(jié)構(gòu)，而支撐又是通過圍檁與地下?lián)跬翂ο噙B，因此先把支撐與地下墻部分隔斷，即先爆破與擋土墻相連的圍檁部分，后爆破支撐結(jié)構(gòu)，使得支撐部分爆破所產(chǎn)生的振動波不能傳遞到地下?lián)跬翂�，或需要�?jīng)過較長的運(yùn)行路徑才能傳遞到地下?lián)跬翂�，確保傳遞到地下?lián)跬翂�結(jié)構(gòu)中的彈性波強(qiáng)度處于安全范圍之內(nèi)。

基坑內(nèi)爆破屬于大面積爆破，因此在網(wǎng)路連接時采用的是串并聯(lián)網(wǎng)路，對于支撐主體結(jié)構(gòu)，并聯(lián)網(wǎng)路較多，而并聯(lián)網(wǎng)路相當(dāng)于多點同時起爆[14]，即一段起爆的總藥量增加了，因此產(chǎn)生的爆破振動也相應(yīng)的增加。為了降低爆破產(chǎn)生的振動，應(yīng)在確保網(wǎng)路可靠起爆的基礎(chǔ)上，盡量減少并聯(lián)網(wǎng)路。

基坑內(nèi)四個拐角屬于應(yīng)力集中區(qū)，其抗振性能相對于地下?lián)跬翂γ鎭碚f是比較弱的，因此在何處設(shè)置起爆點是非常重要的問題。對比第1次和第3次同等距離、同等分區(qū)方案角落處監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)(見表3)，采用角落處為起爆點，爆破主區(qū)域所產(chǎn)生的振動在角落處的作用時間明顯減少，各向振動峰值速度都有所降低。
 

3   結(jié)  論
根據(jù)上述分析，對于基坑內(nèi)支撐與圍檁爆破拆除，總結(jié)出如下經(jīng)驗：
(1)爆破施工工藝：①在基坑內(nèi)支撐與圍檁澆筑時提前埋設(shè)炮孔；②爆破時應(yīng)對圍檁與地下?lián)跬翂ο嚆暯拥匿摻钸M(jìn)行預(yù)處理；③對圍檁部分炮孔采用充水爆破；④下部在建基坑結(jié)構(gòu)表面距離上部待爆破支撐與圍檁底面1.1m以上，且爆破時應(yīng)在結(jié)構(gòu)表面覆蓋氈布。
(2)基坑內(nèi)支撐與圍檁的爆破，應(yīng)當(dāng)盡量減少爆破次數(shù)，在日供藥量受限制的情況下，可選擇方案2的分區(qū)方法，盡量減小爆破振動對結(jié)構(gòu)的影響。
(3)基坑內(nèi)圍檁爆破應(yīng)采用加強(qiáng)松動爆破，而支撐部分為了方便清碴和回收廢舊鋼筋，可采用拋擲爆破方法。
(4)基坑內(nèi)圍檁與支撐爆破采用“孔內(nèi)大延時、孔外小延時”的延時原則，圍檁部分采用“單孔單爆”的方法，支撐部分采用“組孔延時爆破的方法”，以降低爆破產(chǎn)生的振動對周圍被保護(hù)結(jié)構(gòu)的影響。
(5)在連接基坑內(nèi)支撐與圍檁爆破網(wǎng)路時，應(yīng)注意：①確保基坑內(nèi)圍檁部分先爆破，支撐部分后爆破；②確保爆破網(wǎng)路可靠起爆的基礎(chǔ)上，盡量減少并聯(lián)網(wǎng)路；③總網(wǎng)路的起爆點應(yīng)設(shè)置在角落處。
摘自《工程爆破》總第61期

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