基坑支撑梁轴向布孔爆破拆除技术及应用.pdf
第34卷 第3期 2017年9月 爆 破 BLASTING Vol. 34 No. 3 Sep. 2017 doi10. 3963/ j. issn. 1001 -487X. 2017. 03. 017 基坑支撑梁轴向布孔爆破拆除技术及应用* 操 鹏 1,吴剑锋1,钟冬望2, 蒙云琪1,程大春3 (1.武汉铁四院控制爆破技术有限公司, 武汉430063;2.武汉科技大学理学院, 武汉430065; 3.武汉宏伟交通爆破工程有限公司, 武汉430036) 摘 要 为优化深基坑内支撑支护结构的爆破拆除技术及应用, 介绍了一种基于轴向布孔的基坑内钢筋混 凝土支撑梁爆破拆除技术及其在武汉某项目基坑支撑梁爆破拆除工程中的成功应用, 通过采用轴向布孔, 孔 内敷设导爆索及空气间隔装药等技术措施, 降低了爆破危害的强度和影响范围, 提高了基坑支撑梁爆破拆除 的安全性及拆除效率, 为复杂环境下大型深基坑支撑梁爆破拆除提供了技术支撑。 关键词 基坑支撑梁;爆破拆除;轴向布孔 中图分类号 O382. 2;TD235 文献标识码 A 文章编号 1001 -487X(2017)03 -0096 -04 Application of Explosive Demolition Technology of Foundation Pit Support Beam based on Axial Hole Layout CAO Peng1,WU Jian-feng1,ZHONG Dong-wang2,MENG Yun-qi1,CHENG Da-chun3 (1. Control Blasting Technology Co Ltd,China Railway Siyuan Survey and Design Group Co Ltd,Wuhan 430063,China;2. College of Science,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430065,China;3. Wuhan Hongwei Traffic Blasting Corporation Ltd,Wuhan 430036,China) Abstract In order to optimize the technology application of explosive demolition of deep foundation pit support- ing structure,the demolition technology of reinforced concrete support beam based on axial hole and the successful application in a foundation pit support beam blasting demolition project was discussed. Through the measures of axial hole,detonating fuse in hole and air deck charge and so on,the intensity and influence range of blasting disaster were reduced,meanwhile,the safety and removal efficiency of blasting demolition of foundation pit support beam were also improved,which provides technical support for the demolition of large deep foundation pit bracing beam under com- plicated environment. Key words foundation pit support beam;explosive demolition;axial hole 收稿日期2017 -04 -26 作者简介操 鹏(1990 -) , 男, 硕士、 助理工程师, 从事控制爆破相 关研究及应用工作, (E-mail)qccaopeng@126. com。 通讯作者钟冬望(1963 -), 男, 博士、 教授, 从事矿山工程力学、 爆 炸理论及其应用研究,(E-mail)zhongdw123@ 263. net。 基金项目国家自然科学基金项目(51574184、51404175); 湖北省十 二五支撑项目(2014BEC058) 资助 随着大型深基坑内支撑支护结构的普遍应用, 支撑梁拆除项目也大量增加, 使得基坑支护的拆除 技术受到广泛关注[ 1]。爆破拆除法拆除支撑梁效 率高、 工期短、 成本适中, 在国内得到广泛应用[ 2], 对加快城市建设速度起到了极大的推动作用, 但是 也导致其安全影响问题日益突出。 基坑内支撑拆除爆破工程多数位于市区城区繁 华地带, 导致施工环境复杂, 施工安全要求高且对工 期的要求也越来越短。基坑内支撑爆破拆除具有炮 孔多、 工程量大、 起爆网路复杂和环境位置敏感等特 点, 为确保基坑支护结构以及周围环境的安全并减 万方数据 少对周围居民影响, 大量学者对深基坑支撑梁爆破 拆除进行了研究。熊祖钊、 钟冬望、 刘君等人采用理 论与实践相结合的方法对深基坑支撑梁爆破拆除的 安全性进行了计算和评估[ 3,4]; 余兴春等人在爆破 拆除深基坑支撑梁中使用电子数码雷管作起爆网路 中的传爆雷管, 提高了起爆网路的安全性[ 5]。张建 华等人通过控制爆破技术参数的合理选取和施工工 艺的有效控制, 在天津市中心繁华地区的深基坑内 采用微差爆破技术进行了钢筋混凝土支撑梁的拆 除[ 6]; 李明希等结合工程实例分析了静力爆破在深 基坑内支撑拆除中的应用原理及施工工艺的控制要 点[ 7]; 钟冬望等基于支撑梁炮孔的合理布置及炸药 能量的耦合分布, 提出了一种多曲率换向耦合布孔 的基坑内钢筋混凝土支撑梁预制方法[ 8]。 结合支撑梁爆破拆除技术的理论分析及应用实 例, 对深基坑支撑梁爆破拆除的预处理、 布孔、 装药 等技术进行创新, 指导施工中爆破参数的合理选择, 控制拆除爆破产生的各种危害, 缩小了爆破危害的 强度和影响范围, 提高了基坑支撑梁爆破拆除的安 全性及拆除效率, 为复杂环境下大型深基坑支撑梁 爆破拆除提供了技术支撑。 1 基于轴向布孔的基坑支撑梁爆破拆 除技术 1. 1 轴向布孔方法 支撑梁爆破拆除轴向布孔技术主张沿钢筋混凝 土支撑梁纵向方向埋设两端弯曲的PVC管预制炮 孔, 其具体实施方法为 在基坑内钢筋混凝土支撑梁 浇筑前, 沿支撑梁内水平方向预埋外径为φ 50 mm 的PVC管, 布孔方式见图1所示。 图1 预埋炮孔示意图 Fig. 1 Schematic diagram of the embedded hole 布孔时,PVC管所构成的平面均平行于支撑梁侧 面, 每根PVC管的两端管口向上。预埋炮孔时,PVC 管的两端管口均高出支撑梁上平面15 ~20 mm。 支撑梁纵向方向同一截面位置PVC管组预埋 PVC管数按以下方式确定 (1) 钢筋混凝土支撑梁截面宽度R小于或等于 700 mm时, 支撑梁内置PVC管为单根布置, 直管部 分位于梁截面中心位置。 (2) 当钢筋混凝土支撑梁的截面宽度R大于 700 mm时,PVC管在支撑梁内部为3根布置。此 时,1根居中靠上布置, 另2根两侧靠下布置。 1. 2 轴向布孔装药结构 基坑内钢筋混凝土支撑梁爆破拆除前, 对预埋 PVC管进行装药、堵塞、联网。PVC管采用全管 ( 孔) 敷设导爆索、 空气间隔装药, 即将PVC管组负 担爆破支撑梁段总药量分解成若干个小药量药包, 以一定间隔均匀地绑扎在导爆索上, 当PVC管组为 3管( 孔)时, 上、 下管(孔)药包在空间适当错开; 绑 扎好小药包的导爆索一端绑扎起爆导爆管微差雷 管、 一端绑扎牵引丝。装药时, 先将牵引铁丝穿过管 ( 孔) , 在管口的另一端, 轻轻拉牵引丝, 将起爆雷管 和所有装药安放到PVC管( 孔) 预定位置, 先用少量 炸药包装纸类材料, 轻轻推送到管(孔)两端的堵塞 位置, 封堵炮孔, 使装药中段形成完全的空气间隔, 再用炮泥对PVC管两端堵塞到管( 孔) 口, 一般堵塞 长度应大于装药点最小抵抗线。支撑梁预埋PVC 管炮孔装药结构如图2所示。 图2 装药结构示意图 Fig. 2 Schematic diagram of charge structure PVC管炮孔各小药包装药量Q1由式(1) 确定 Q1= qRHL nk (1) 式中q为炸药单耗,kg/ m3;L表示PVC管两端 管口间的直线距离,m;R表示钢筋混凝土支撑梁的 宽度,m;H表示钢筋混凝土支撑梁的高度,m;n为 每根PVC管的装药段数,n取自然数, 视具体小药 包的最大允许药量而定;k为PVC管组中PVC管的 根数,k取1或3。 1. 3 小结 基于轴向布孔的基坑支撑梁爆破拆除技术在 PVC管预埋炮孔的装药过程中,孔内没有使用雷 管, 保证了装药过程的安全; 同时PVC管的预埋炮 孔内装药形式为空气间隔装药形式, 钢筋混凝土支 79第34卷 第3期 操 鹏, 吴剑锋, 钟冬望, 等 基坑支撑梁轴向布孔爆破拆除技术及应用 万方数据 撑梁的爆破拆除效果能够得到保证, 故安全可靠且 爆破拆除效果好。钢筋混凝土支撑梁内沿纵向方向 预埋PVC管作为预埋炮孔, 显著减少了预埋炮孔的 数目, 简化了预埋炮孔及孔内装药的施工工艺, 节省 了预埋炮孔及孔内装药的施工时间; 由于显著减少 了炮孔数目, 导致所需雷管的数量明显减少, 节约了 施工成本, 同时施工工艺的简化也节省了人工费用。 因此, 基于轴向布孔的基坑支撑梁爆破拆除技 术具有安全可靠、 施工简便、 成本低廉、 爆破拆除效 果好和应用广泛的特点, 适用于各类大型基坑内钢 筋混凝土支撑结构的爆破拆除。 2 工程实例 2. 1 工程概况 武汉某项目基坑支撑梁爆破拆除工程位于武汉 市东西湖大道以南, 三秀路与四明路之间。项目主 要建筑物为一栋30层住宅楼, 基础型式采用桩基 础。工程地处市区, 基坑开挖深度大, 基坑等级为一 级。设计采用了支护桩加横向钢筋混凝土支撑结构 作为基坑支护, 地下室施工完毕后需对横向支撑结 构进行爆破拆除。 整个支撑结构一层, 由立柱、 冠梁、 主撑、 八字撑 和连杆组成, 立柱为桩基型钢柱结构, 其它均为钢筋 混凝土结构。钢筋混凝土构件的混凝土强度等级为 C30, 保护层厚30 mm, 配筋率大约1. 2% ~ 2. 6%。 支撑整体布局示意如图3所示。 图3 基坑支撑梁平面图 Fig. 3 Plan of foundation pit support beam 根据拆除要求不同可分为立柱结构、 支撑结构和 围檩结构。需爆破拆除的构件具体如下表1所示。 表1 爆破拆除构件参数 Table 1 Parameters of explosive demolition component 序号 结构件名称 结构件代号 结构件尺寸/(mm mm) 1主撑ZC800 700 2次撑CC500 500 2. 2 支撑梁爆破拆除施工 (1) 炮孔预埋 基坑内钢筋混凝土支撑梁浇筑前, 在钢筋混凝 土支撑梁内沿纵向方向预埋PVC管;PVC管在钢筋 混凝土支撑梁为单根布置。 (2) 装药方式及药量参数 在基坑内钢筋混凝土支撑梁爆破拆除前, 先进 行药包制作, 即在导爆索上用绝缘胶带均匀地绑定 n段炸药; 再用牵引丝将导爆索和炸药牵引至炮孔 内的相应位置, 然后将炮孔未装药的两端用堵塞炮 泥堵塞, 最后剪断牵引丝。药包制作及装药如图4 及图5所示。 图4 药包制作 Fig. 4 The manufacturing of charge 图5 现场装药 Fig. 5 Explosive loading in field 根据 控制爆破 理论[ 9], 对多临空面的混凝土 支撑梁的炸药单耗取值0. 5 kg/ m3, 单孔药量根据 构件尺寸和钢筋的分布数量进行。本工程爆破预埋 PVC管两段距离L为4 m, 相邻PVC管顶端紧靠, 直 至全部布满整个支撑梁体。 PVC管炮孔内部装药参数根据式(1)计算, 得 到爆破参数如表2所示。 89爆 破 2017年9月 万方数据 表2 爆破参数表 Table 2 Blasting parameters 结构件名称主撑次撑 结构件尺寸/(mm mm)800 700500 500 炮孔装药段数n95 PVC管组内PVC管根数k11 PVC管两端管口距离L/ m44 炸药单耗q/(kgm -3) 0. 50. 5 单孔药量Q/ kg1. 120. 5 炮孔内每段装药量Q1/ g124100 (3) 爆破网路 根据本工程特点, 支撑梁拆除为分区分次拆除, 网路连接设计分构件连网起爆, 先端头起爆预裂隔 振, 后爆破松动梁身混凝土。采用一次点火、 单元间 串并联、 孔内外接力延时; 孔内15段毫秒延期导爆 管雷管大延时、 孔外2段毫秒延期导爆管雷管小延 时的顺序起爆。 (4) 爆破安全防护 对爆破构件及炮孔部位进行严密覆盖, 采用三 层胶管帘爆区整体覆盖、 重点防护区域加盖钢板多 重覆盖防护方案; 同时, 在基坑顶部设置密目安全网 及土工隔栅网。 2. 3 爆破拆除效果 通过采用轴向布孔, 孔内敷设导爆索及空气间隔 装药等技术, 爆破分区分段, 孔内孔外延时起爆的强 松动爆破技术, 成功将支撑梁箍筋炸断, 支撑梁中部 和下部的混凝土脱离, 顶部和两侧上部的混凝土碎而 不飞, 保证了工程质量; 同时, 爆破振动及飞石等危害 得到了有效控制。支撑梁爆破效果如图6所示。 图6 支撑梁爆破效果 Fig. 6 Blasting effect of supporting beam 3 结论 (1) 基于轴向布孔的基坑支撑梁爆破拆除技术 对深基坑支撑梁爆破拆除的预处理、 布孔、 装药等技 术进行了创新, 能够指导施工中爆破参数的合理选 择, 简化了施工工艺, 节省了施工时间。同时具有安 全可靠、 成本低廉、 爆破拆除效果好和应用广泛的特 点, 适用于各类大型基坑内钢筋混凝土支撑结构的 爆破拆除。 (2) 武汉某项目基坑支撑梁爆破拆除工程, 通过 采取轴向布孔方式, 孔内敷设导爆索及空气间隔装药 等技术, 保证了爆破拆除质量及周边环境安全; 实践 证明, 基于轴向布孔的基坑支撑梁爆破拆除技术应用 具有良好的爆破拆除效果, 爆破拆除质量及周边环境 安全得到保障, 为类似工程提供经验和参考。 参考文献(References) [1] 刘 翼, 魏挺峰.广州新电视塔基坑支撑梁爆破拆除 [J].爆破,2009,26(4) 62-65. [1] LIU Yi,WEI Ting-feng . Explosive demolition of founda- tion pit support beam of Guangzhou New Television Tower [J]. Blasting,2009,26(4) 62-65.(in Chinese) [2] 张春丽, 段卫东.复杂环境下深基坑支护梁爆破拆除 [J].工程爆破,2014,20(4) 19-22. [2] ZHANG Chun-li,DUAN Wei-dong. Blasting demolition for a deep foundation pit support beam under complicated en- vironment[J]. Engineering Blasting,2014,20(4) 19-22. (in Chinese) [3] 熊祖钊, 钟冬望, 许梦国, 等.建筑基坑内支撑梁爆破 拆除安全性评估[J].武汉冶金科技大学学报,1999, 22(1) 50-53. [3] XIONG Zu-zhao,ZHONG Dong-wang,XU Meng-guo. The safety appraisal and scheme selection of blasting demoli- tion of the strutting beam in foundation pit[J]. Journal of Wuhan Yejin University of Science and Technology, 1999,22(1) 50-53.(in Chinese) [4] 刘 君, 谭雪刚, 朱嘉旺, 等.大型深基坑支撑爆破拆 除中的技术措施[J].爆破,2005,22(4) 85-86. [4] LIU Jun,TAN Xue-gang,ZHU Jia-wang,et al. Explosive technique for reinforced concrete beam of deep foundation pit[J]. Blasting,2005,22(4) 85-86.(in Chinese) [5] 余兴春, 常世懿, 张孟昌, 等.使用数码电子雷管爆破 拆除基坑支撑梁[J].爆破,2013,30(4) 104-107. [5] YU Xing-chun,CHANG Shi-yi,ZHANG Meng-chang,et al. Application of digital electronic detonator to explosive demolish of supporting beam[J]. Blasting,2013,30(4) 104-107.(in Chinese) (下转第119页) 99第34卷 第3期 操 鹏, 吴剑锋, 钟冬望, 等 基坑支撑梁轴向布孔爆破拆除技术及应用 万方数据 (2) 利用实测的爆破地震波数据修正了与地形 地质条件有关的系数K和衰减系数α, 获得了适于 挤淤爆破过程中质点振动速度随距离衰减规律的萨 道夫斯基计算公式, 为有效预测类似工程中爆破地 震波的传播规律特征提供了一种方法参考。 (3) 挤淤爆破过程中测得的爆破地震波主振频 率范围在8 ~50 Hz之内, 说明淤泥介质对爆破地震 波不同频率成分的传播具有选择性 高频地震波通 过淤泥时产生大幅度的衰减, 低频地震波通过淤泥 后对建( 构) 筑物造成破坏。 参考文献(References) [1] NAGRIN W A,MITCHELL C J K. Soil improvement by blasting[J]. Journal of Explosive Engineering,1956, 12(3) 125-131. [2] ZHENG Zhe-min,YANG Zhen-sheng,JIN Liao. Underwa- ter explosion treatment of marine soft foundation[J]. Chi- na Ocean Engineering,1991,5(2) 213-234. [3] 金 鏐, 石 峰.关于爆炸法处理水下淤泥地基的工 艺(I) [J].中国港湾建设,1999(3) 16-27. [3] JIN Liu,SHI Feng. Blasting techniques applied in treat- ment of underwater mucky soil foundation layers(I)[J]. China Harbour Engineering,1999(3) 16-27.(in Chi- nese) [4] 余海忠.抛石挤淤爆破筑堤的机理及检测方法研究 [D].北京 中国铁道科学院,2011. [4] YU Hai-zhong. Studies on mechanism and inspecting methods for the sea dike constructing technique of explo- sion replacement[D]. BeijingChina Academy of Railway Sciences,2011.(in Chinese) [5] 俞元洪.深水条件下深厚软土地基的挤淤爆破处理技 术研究[D].杭州 浙江工业大学,2011. [5] YU Yuan-hong. Research on blasting compaction treat- ment technology for deep soft soil foundation on deep wa- ter conditions[D]. HangzhouZhejiang University of Technology,2011.(in Chinese) [6] 许连坡.在爆炸荷载作用下连云港海淤的粘性特征 [J].爆炸与冲击,1990,10(4) 297-301. [6] XU Lian-po. The viscous characteristics of seaooze under explosive loading at Lianyungang Port[J]. Explosion and Shock Waves,1990,10(4) 297-301.(in Chinese) [7] 张 南, 方 向, 范 磊, 等.海工挤淤爆破对周围民 房的振动影响分析[J].爆破器材,2012,41(3) 35- 40. [7] ZHANG Nan,FANG Xiang,FAN Lei,et al. Analysis on vibration effect induced by embankment blasting toe- shooting on buildings around the monitoring area[J] ,Ex- plosive Materials,2012,41(3) 35-40.(in Chinese) [8] 林友辉.深厚淤泥中插入竹竿减震沟减振效果试验 [J].爆破,2016,33(3) 136-139. [8] LIN You-hui. Test of damping effect of damping ditch with inserted bamboo on condition of thick silt base[J]. Blas- ting,2016,33(3) 136-139.(in Chinese) [9] 徐学勇, 陈国海, 汪 稳, 等.深厚淤泥爆破挤淤堤坝 沉降计算与分析[J].岩土力学,2014,35(S2) 364- 369. [9] XU Xue-yong,CHEN Guo-hail,WANG Wen,et al. Settle- ment calculation and analysis of embankment with squee- zing thick silt by blasting[J]. Rock and Soil Mechanics, 2014,35(S2) 364-369.(in Chinese) [10] 崔 微, 闰澍旺, 周宏杰, 等.用爆破挤淤法处理陆上 软基[J].爆炸与冲击,2005,25(1) 64-69. [10] CUI Wei,YAN Shu-wang,ZHOU Hong-jie,et al. Foun- dation treatment by blasting toe-shooting method[J]. Ex- plosion and Shock Waves,2005,25(1) 64-69.(in Chi- nese) [11] GB67222014爆破安全规程[S]. [11] GB67222014 Safety regulations for blasting[S].(in Chinese) [12] 娄建武.工程爆破中的建筑物振动监测[D].南京 解 放军理工大学工程兵工程学院,2000. [12] Lou Jian-wu. Measuring and analysis of structure s re- sponse vibration in engineering blasting[D]. Nanjing Engineering Institute of Engineering Corps,PLA Univer- sity,2000.(in Chinese) (上接第99页) [6] 张建华, 安 鹏.微差爆破拆除水平支撑环梁技术的 应用[J].建筑工程,2011(5) 11-12. [6] ZHANG Jian-hua,AN Peng.Application of millisecond blasting demolition technology in horizontal support ring beam[J].Con- structional Engineering,2011(5) 11-12.(in Chinese) [7] 李明希, 冯苛钊, 吴振方, 等.浅谈静力爆破在深基坑 内支撑拆除中的应用[J].城市建设理论研究, 2014(1) 1-5. [7] LI Ming-xi,FENG Ke-zhao,WU Zhen-fang,et al. Appli- cation of static blasting in the support removal of deep foundation pit[J]. Urban Construction Theory Research, 2014(1) 1-5.(in Chinese) [8] 钟冬望, 何 理, 李琳娜, 等.一种多曲率换向耦合布 孔的 基 坑 内 钢 筋 混 凝 土 支 撑 梁中 国, ZL201620538910. X[P]. 2016 -10 -26. [9] 关志中.控制爆破[M].北京 中国铁道出版社,1981. 911第34卷 第3期 钟明寿, 刘 影, 刘健峰, 等 挤淤爆破规律及其振动效应研究 万方数据