汪高龍，王 瀟，李 跟，夏衛(wèi)國(guó)，朱少偉

(1.連云港明達(dá)工程爆破有限公司，江蘇 連云港222021；2.常州市蘇南爆破拆房有限公司，江蘇 常州213023；3.連云港中爆測(cè)控技術(shù)有限公司，江蘇 連云港222021)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種超大、超高建筑物的建設(shè)量越來(lái)越多，大型深基坑開挖量也隨之增加，基坑開挖完畢后，需要拆除支撐梁結(jié)構(gòu)。目前常用的支撐梁拆除方法主要有機(jī)械拆除法[1]和爆破拆除法[2-4]。機(jī)械拆除法主要使用液壓錘、金剛鏈鋸或繩鋸等工程機(jī)械對(duì)支撐梁進(jìn)行切割、振搗以達(dá)到混凝土與鋼筋分離的目的[5-6]。爆破拆除法則采用炸藥或靜態(tài)破裂劑對(duì)支撐梁施以超動(dòng)態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)荷載使其破碎。

兩種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。液壓錘具有拆除破碎程度高，易于清理回收，無(wú)飛石、振動(dòng)等有害效應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，但拆除效率低，噪聲污染極大；鏈鋸、繩鋸無(wú)損切割無(wú)振動(dòng)、飛石、噪聲危害，但無(wú)法回收鋼筋，浪費(fèi)資源；靜態(tài)破裂劑法同樣無(wú)振動(dòng)、飛石、噪聲等危害，但拆除效率低，且成本高。炸藥爆破法拆除效率高，破碎效果好，易于清理與回收，且拆除成本較低，是最常用的基坑支撐拆除方式。但爆破振動(dòng)、爆破飛石和粉塵等爆破有害效應(yīng)對(duì)周邊環(huán)境影響較大，且拆除項(xiàng)目常處于城市中，能否控制爆破有害效應(yīng)是工程的關(guān)鍵。陳晨[7]從支撐梁爆破破碎機(jī)理、爆破預(yù)處理技術(shù)等方面詳細(xì)論述了支撐梁拆除爆破技術(shù)；何理等[8]分析了箍筋側(cè)向約束效應(yīng)對(duì)爆破效果的影響并提出了處理方法；程大春等[9]采用水耦合裝藥和牽引繩拖拽藥包裝藥的方法在鋼筋混凝土梁爆破中實(shí)現(xiàn)了低成本、低有害效應(yīng)等綠色爆破技術(shù)。胡彬等[10]從基坑爆破工程經(jīng)驗(yàn)中總結(jié)分析了針對(duì)爆破振動(dòng)、爆破飛石和爆破粉塵的安全防護(hù)措施。何理等[11]分析了箍筋對(duì)支撐梁拆除爆破的側(cè)向作用機(jī)理，采用數(shù)值模擬方法對(duì)比分析了有無(wú)箍筋時(shí)梁側(cè)面應(yīng)力分布情況。

筆者以鬧市區(qū)深基坑支撐梁拆除爆破工程實(shí)踐為基礎(chǔ)，從“主動(dòng)降害”和“被動(dòng)防害”兩個(gè)方面著手，優(yōu)化爆破參數(shù)，降低爆破有害效應(yīng)，并針對(duì)重點(diǎn)區(qū)域采用竹笆覆蓋和全域幕布隔絕爆破飛石危害，提高了基坑支撐梁拆除爆破安全性和拆除效率，為鬧市區(qū)拆除爆破項(xiàng)目提供了參考。

1 工程概況

1.1 周邊環(huán)境

待拆鋼筋混凝土支撐梁位于淮安市清江浦區(qū)淮海北路與交通路交匯處，東側(cè)為原師專路，路對(duì)面為師范學(xué)院；南側(cè)為金馬國(guó)際廣場(chǎng)，主體結(jié)構(gòu)距用地紅線最近處約20 m，為樁基礎(chǔ)。東南30 m處為花漾城一期商場(chǎng)，花漾城一期項(xiàng)目與二期項(xiàng)目地下室連接通道支護(hù)已做好；西側(cè)為淮海北路，距離用地紅線最近處約9 m，路對(duì)面為寫字樓與商場(chǎng)；北側(cè)為交通路及有軌電車，有軌電車軌道距離工程用地紅線最近約13 m，馬路北側(cè)為健身廣場(chǎng)，東北角為師范學(xué)院會(huì)堂及教學(xué)樓，最近約40 m，為淺基礎(chǔ)。

項(xiàng)目所處地區(qū)為鬧市區(qū)，人流、車流量極大，爆破環(huán)境復(fù)雜，爆區(qū)環(huán)境如圖1所示。

圖1 爆區(qū)周圍環(huán)境Fig.1 Surrounding environment of explosion area

1.2 支撐梁結(jié)構(gòu)

基坑鋼筋混凝土支撐梁為3層，分別由支撐梁、連系梁、圍檁、圈梁組成，砼等級(jí)為C40。擬采用拆除爆破的2層支撐圍檁截面為1.4 m×0.9 m，支撐梁截面為0.85 m×0.85 m，連系梁截面為0.5 m×0.7 m；3層支撐圍檁截面為1.5 m×1.0 m，支撐梁截面為1.0 m×0.95 m，連系梁截面為0.7 m×0.7 m。

1.3 工程難點(diǎn)

1)支撐梁構(gòu)件配筋密，混凝土標(biāo)號(hào)高，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案的孔網(wǎng)參數(shù)鉆孔，難度大。

2)爆區(qū)地處市中心繁華商業(yè)區(qū)，相鄰商業(yè)設(shè)施多、民用建筑林立，爆破有害效應(yīng)控制要求嚴(yán)格。尤其是飛石的控制，一方面要使混凝土與鋼筋完全剝離，同時(shí)確保飛石不出坑。

3)單次爆破作業(yè)工作量大，相鄰區(qū)域地下管線分布密集，傳爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)、爆破振動(dòng)控制的技術(shù)要求高。

4)周圍賓館、酒店多，居民密集，加之工地現(xiàn)場(chǎng)施工人員多，導(dǎo)致爆破清場(chǎng)及爆破警戒難度大。

2 拆除爆破設(shè)計(jì)方案

2.1 總體方案

鑒于周邊環(huán)境特別復(fù)雜，爆破安全要求高的特點(diǎn)，采用城市精確控制爆破技術(shù)，將爆破振動(dòng)、爆破飛石等爆破危害效應(yīng)控制在最小范圍內(nèi)，同時(shí)保證爆破破碎效果。在拆除順序上，分大區(qū)域和小局部?jī)煞N情況。大區(qū)域即首先爆破與圍檁相連的支撐梁，將整體待爆破區(qū)域的主梁、連系梁與圍檁徹底隔離，控制爆破振動(dòng)對(duì)周圍環(huán)境的影響；小局部即先爆破與節(jié)點(diǎn)相連的主梁、連系梁，后爆破節(jié)點(diǎn)，為節(jié)點(diǎn)充分破碎創(chuàng)造自由面。安全防護(hù)上，采用毫秒延時(shí)爆破控制一次的齊爆藥量和爆破區(qū)域的先后起爆順序，在控制爆破振動(dòng)的同時(shí)，防止爆破措施不受爆破順序的影響與破壞，確保周圍建筑設(shè)施安全。

2.2 爆破設(shè)計(jì)

1)裝藥參數(shù)。由于梁的配筋和結(jié)構(gòu)尺寸不全相同，故對(duì)于具體的構(gòu)件，其爆破參數(shù)做出相應(yīng)調(diào)整，爆破參數(shù)如表1所示。

表1 爆破參數(shù)

2)炸藥單耗。為了控制爆破飛石和保證爆破破碎效果，在每個(gè)分區(qū)爆破前選擇安全系數(shù)高、藥孔參數(shù)符合設(shè)計(jì)要求的8～10個(gè)藥孔進(jìn)行試爆。根據(jù)試爆結(jié)果，全爆區(qū)q的取值范圍定為0.8～1.8 kg/m3，構(gòu)件強(qiáng)度大時(shí)取大值、反之取小值；距離保護(hù)目標(biāo)遠(yuǎn)時(shí)取大值、近時(shí)取小值。

3)單孔藥量。拆除鋼筋混凝土爆破單孔藥量可按下式確定。

Q=qaWH

(1)

Q=qabH

(2)

式中：Q為單孔藥量；H為梁高；q為炸藥單耗，取值為0.8～1.8 kg/m3；a為孔距；W為最小抵抗線；b為排距。

第3層支撐梁裝藥結(jié)構(gòu)如圖2所示，其中：H為梁高，95 cm；B為梁寬，100 cm；L為孔深，75 cm；W為最小抵抗線，30 cm；a為孔距，40 cm；L1為填塞長(zhǎng)度，45 cm；L2為裝藥長(zhǎng)度，30 cm。

圖2 裝藥結(jié)構(gòu)Fig.2 Charge structure

混凝土梁尺寸與爆破參數(shù)如表2所示。

表2 混凝土梁尺寸與爆破參數(shù)

3 起爆網(wǎng)路設(shè)計(jì)

采用簇聯(lián)法(俗稱“一把抓”或“梳辮子”)復(fù)式網(wǎng)絡(luò)，孔外延時(shí)爆破。

該工程最大單孔藥量600 g，最大爆破區(qū)域裝藥孔數(shù)3 000 個(gè)，按照一次最大起爆藥量計(jì)算，每30個(gè)孔為一響，應(yīng)分為100響。如孔內(nèi)采用HS5段導(dǎo)爆管雷管，孔外采用MS3段導(dǎo)爆管雷管接力引爆，那第一響孔內(nèi)雷管起爆與最后一響孔內(nèi)雷管點(diǎn)火相差約3.1 s(含傳爆網(wǎng)路干線傳爆時(shí)間0.1 s)，網(wǎng)路設(shè)計(jì)可行。沿支撐梁縱向每20發(fā)雷管構(gòu)成一簇，孔內(nèi)采用1發(fā)HS5段導(dǎo)爆管雷管，孔外用2發(fā)MS3段導(dǎo)爆管雷管接力引爆(見圖3)。采用起爆器激發(fā)針引爆導(dǎo)爆管網(wǎng)路。經(jīng)多次工程實(shí)踐驗(yàn)證，此種起爆網(wǎng)路十分可靠，未發(fā)生過拒爆現(xiàn)象且可以減少防護(hù)工程量。

圖3 起爆網(wǎng)路Fig.3 Initiation network

4 安全措施

本次爆破屬城市控制爆破，主要考慮爆破振動(dòng)和爆破飛石的影響。

4.1 爆破振動(dòng)

1)爆破振動(dòng)速度校核。爆破振動(dòng)速度可根據(jù)薩道夫斯基公式進(jìn)行計(jì)算[12]，對(duì)于拆除爆破，則：

(3)

式中：R為爆源到保護(hù)建筑的最近距離；v為安全允許的最大質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度；K為與巖石、爆破方法等因素有關(guān)的系數(shù)，取100；K'為與爆破方式有關(guān)的裝藥分散經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，取0.2；α為與地質(zhì)條件有關(guān)的地震波衰減系數(shù)，取1.67；Q為最大單段藥量，kg，本項(xiàng)目中為20 kg。

根據(jù)爆區(qū)周邊環(huán)境，對(duì)爆破振動(dòng)速度校核如表3所示，由計(jì)算結(jié)果可知，本項(xiàng)目采用最大單段藥量20 kg時(shí)，爆破振動(dòng)速度均小于允許振速。

表3 爆破振動(dòng)速度校核

2)爆破振動(dòng)控制措施。①根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件及每次爆破時(shí)測(cè)定待施工區(qū)域與重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域間的距離，嚴(yán)格校驗(yàn)爆破參數(shù)，限制最大單段藥量；②采用高精度毫秒延時(shí)雷管，起爆前檢查爆破網(wǎng)路，防止串段；③為每次爆破創(chuàng)造良好的臨空面，使爆破炮孔從臨空面開始逐段由外向內(nèi)順序間隔起爆，減少爆破的夾制作用；④進(jìn)行爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)反饋爆破時(shí)引起振動(dòng)速度值的大小，以便分析原因調(diào)整爆破設(shè)計(jì)參數(shù)，保證爆破振動(dòng)控制在安全范圍內(nèi)。

3)爆破振動(dòng)監(jiān)測(cè)。在金馬廣場(chǎng)、花漾城商城及有軌電車附近路面附近布置5個(gè)測(cè)振點(diǎn)，進(jìn)行了3次爆破測(cè)振，各測(cè)點(diǎn)峰值振速和主振頻率如表4所示。

表4 爆破振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

由表4可知，各測(cè)點(diǎn)峰值振速均小于《爆破安全規(guī)程》(GB 6722-2014)[13]爆破振動(dòng)安全允許標(biāo)準(zhǔn)。

4.2 爆破飛石

1)爆破飛石安全距離。拆除爆破個(gè)別飛石的最大飛散距離，可按經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算[12]：

(4)

式中：S為飛石最遠(yuǎn)距離，m；v為飛石初速度，爆炸作用指數(shù)n=1時(shí)，v=20 m/s；g為重力加速度。

經(jīng)計(jì)算得：S=40 m?？梢姡w石飛散距離較大，需采取有效防護(hù)措施。

2)爆破飛石控制措施。為了控制爆破飛石的飛散距離，采取的具體控制措施如有：①通過爆破實(shí)驗(yàn)，核算裝藥量；②在每次爆破前，根據(jù)被保護(hù)單位的距離確定爆破自由面，計(jì)算抵抗線。同時(shí)，使被保護(hù)單位方向抵抗線為最小抵抗線的1.2～1.5倍；③每孔裝藥前，核算該孔的最小抵抗線及合理裝藥量，保證填塞長(zhǎng)度及填塞質(zhì)量；④采用爆破區(qū)域全覆蓋的被動(dòng)防護(hù)措施，首先，在待爆破支撐梁裝藥段采用竹笆覆蓋，再于基坑邊緣全域安裝幕布隔絕個(gè)別飛石；⑤爆破區(qū)域外側(cè)采用多層防曬網(wǎng)懸掛，可以有效防止飛石的飛散，提高后續(xù)施工速度。飛石防護(hù)如圖4所示。

圖4 飛石防護(hù)幕布Fig.4 The flyrock resist curtain

4.3 防護(hù)技術(shù)探討

深基坑支撐梁的拆除工程一般屬于A級(jí)工程，且處于鬧市區(qū)，人流、車流密集，爆破有害效應(yīng)的控制至關(guān)重要，稍有不慎，極易造成與周邊居民、單位的糾紛，甚至釀成安全事故。

相比粉塵和噪聲，爆破振動(dòng)和飛石是危險(xiǎn)性最大的因素。爆破振動(dòng)易造成建(構(gòu))筑物開裂、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)甚至倒塌；飛石則會(huì)對(duì)人員、設(shè)備、車輛、建筑物等諸多目標(biāo)造成傷害，飛石是否得到有效控制是衡量拆除爆破成功與否的重要指標(biāo)。

爆破振動(dòng)的控制措施較多，除限制單段藥量和合理設(shè)計(jì)起爆順序外，文獻(xiàn)[7-8]提出在爆破前先采用機(jī)械法切割環(huán)向箍筋的方法，降低鋼筋的緊固作用，不僅可以提高爆破效果，還提高了爆炸能的破碎利用率，降低了爆破振動(dòng)的能量，從而達(dá)到降振的效果。本項(xiàng)目爆破前反復(fù)校核了最大單段藥量，同時(shí)每次爆破時(shí)監(jiān)測(cè)振動(dòng)速度情況，及時(shí)調(diào)整藥量和起爆順序，在多次爆破中爆破振動(dòng)都得到了較好的控制。

文獻(xiàn)[10]詳細(xì)分析了不同措施對(duì)爆破飛石的防護(hù)效果，其中，“懸掛密目安全網(wǎng)”工作量最小，防護(hù)效果最差，易產(chǎn)生大量頂部和側(cè)向飛石；“覆蓋膠卷簾+封閉頂板”防護(hù)效果最好，無(wú)飛石產(chǎn)生，但工作量極大；此外，還有橡膠板及組合防護(hù)措施。本文針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)，提出爆破近區(qū)覆蓋竹笆、遠(yuǎn)區(qū)懸掛幕布(密目安全網(wǎng))的“分段阻擊”方式，起到了較好的防護(hù)效果，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)顯示，幕布無(wú)破洞(見圖4)，說(shuō)明無(wú)飛石飛出爆區(qū)。此種防護(hù)措施的優(yōu)勢(shì)在于，幕布相對(duì)較固定，無(wú)需頻繁拆裝，降低了工作量。

5 爆破效果

采用控制爆破技術(shù)對(duì)淮安華信花漾城二期鋼筋混凝土支撐梁進(jìn)行了拆除爆破作業(yè)，共進(jìn)行了6次爆破，消耗炸藥9 840 kg，孔內(nèi)HS5段雷管25 200發(fā)，孔外MS3段雷管3 200發(fā)，導(dǎo)爆管20 500 m，平均炸藥單耗1.16 kg/m3，總方量8 500 m3，爆破結(jié)果與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)如下：

1)支撐梁全部解體，鋼筋混凝土分離徹底，碎石塊度均勻，易于清理，鋼筋易回收，爆破效果良好(見圖5)；

圖5 支撐梁爆破效果Fig.5 Blasting effects of supporting beam

2)根據(jù)爆破振動(dòng)校核和實(shí)地測(cè)試結(jié)果，選取的爆破參數(shù)合理，爆破振動(dòng)未對(duì)周邊建筑物造成影響；

3)采用增大抵抗線、減小孔網(wǎng)參數(shù)的措施可有效減少飛石產(chǎn)生，同時(shí)，竹笆和全域幕布有效攔擋了個(gè)別飛石，未發(fā)生飛石傷害事故。