深基坑支撑梁传爆方式对邻近结构物的影响.pdf

第37卷第2期 2020年6月 Vo l . 37 No . 2 Jun . 2020 bMg do i10. 3963/j. issn . 1001 -487X. 2020.02.015 深基坑支撑梁传爆方式对邻近结构物的影响* 何理二钟冬璽2,马建军2,伍岳2，杜泉2,李帐，明瓣，宋＜4 1.长江科学院水利部岩土力学与工程重点实验室，武汉430010； 2.武汉科技大学冶金工业过程系统科学湖北省重点实验室，武汉430065； 3.北京兴油工程项目管理有限公司，北京100083； 4.三峡大学三峡库区地质灾害教育部重点实验室，宜昌443002 摘要深基坑钢筋混凝土支撑梁安全高效拆除是城市地下空间高效利用的前提。结合武汉某深基坑支 撑梁爆破拆除工程实际，运用理论分析与现场试验方法，分析支撑梁爆破拆除不同传爆方式对邻近既有结构 的影响，对比不同传爆方式情况下邻近建筑物处振动响应状况。结果表明通过小药量炮孔同时起爆在支撑 梁与围標连接处形成隔振槽，可有效阻隔支撑梁拆除爆破振动波的传播,减小爆破振动强度及其对基坑围护 结构和邻近建构筑物的影响，降振率最高可达86. 8 ；支撑梁不同构件类型及部位炸药单耗不同,综合考 虑爆破拆除成本、效果及安全等因素确定内侧主撑、次撑、节点及外侧主撑的最佳炸药单耗分别为 0.52 k g/m3、0.46 k g/m3 Al . 02 k g/m3和0. 52 k g/m3，研究成果可为类似城市复杂环境深基坑支撑梁爆破拆 除提供工程借鉴。 关键词支撑梁；爆破拆除；传爆方式；降振率；拆除效果 中图分类号X947 文献标识码A 文章编号1001 -487X202002 - 0085 - 07 Influence o f Deto natio n Sequence Mo de fo r Suppo rt Beams in Deep Fo undatio n Pit o n Adjacent Structures HE Li12 ,ZHONG Dong-wang2 ,MA Jian-jun, WU Yue2 ,DU Quan2 ,LI Peng,MI NG Kai3 ,SONG Kun 1. Key La bo r a t o r y o f Geo t ec hn ic a l Mec ha n ic s a n d En gin eer in g o f t he Min ist r y o f Wa t er Reso ur c es, Ya n gt z e River Sc ien t ific Resea r c h In st it ut e,Wuha n 430010,Chin a； 2. Hubei Pr o vin c e Key La bo r a t o r y o f Syst ems Sc ien c e in Met a l l ur gic a l Pr o c ess, Wuha n Un iver sit y o f Sc ien c e a n d Tec hn o l o gy, Wuha n 430065 , Chin a ； 3. Beijin g Xin gyo u En gin eer in g Pr o jec t Ma n a gemen t Co Lt d , Beijin g 100083 , Chin a ； 4, Key La bo r a t o r y o f Geo l o gic a l Ha z a r ds o n Thr ee Go r ges Reser vo ir Ar ea , Min ist r y o f Educ a t io n, Chin a Thr ee Go r ges Un iver sit y, Yic ha n g 443002, Chin a Abstract Sa fe a n d effic ien t demo l ish o f r ein fo r c ed c o n c r et e sup p o r t bea ms in deep fo un da t io n p it s is a p r er eq ui sit e fo r effic ien t use o f ur ba n un der gr o un d sp a c e. Co mbin ed wit h t he a c t ua l demo l it io n o f a sup p o r t in g bea m o f deep fo un da t io n p it in Wuha n, t heo r et ic a l a n a l ysis a n d fiel d t est a r e used t o a n a l yz e t he in fl uen c e o f differ en t det o n a t io n seq uen c e mo de o n t he a dja c en t ex ist in g st r uc t ur es o t he sup p o r t in g bea m bl a st in g by vibr a t io n r esp o n se o a dja c en t buil din gs. The r esul t s sho w t ha t t he vibr a t io n iso l a t io n gr o o ve is fo r med a t t he jo in t o f t he sup p o r t bea m a n d t he p ur l in by t he simul t a n eo us det o n a t io n o f t he sma l l c ha r ge bl a st ho l e, whic h c a n efl ec t ivel y bl o c k t he p r o p a ga t io n o f t he bl a s t in g vibr a t io n wa ve o f t he sup p o r t bea m, so a s t o r educ e t he in t en sit y o f bl a st in g vibr a t io n a n d it s in fl uen c e o n t he fo un da t io n p it br a c in g st r uc t ur e a n d a dja c en t buil din gsst r uc t ur es . The highest vibr a t io n r educ t io n r a t e is 86. 8. Differ en t c o mp o n en t t yp es a n d p a r t s o f t he sup p o r t bea m ha ve differ en t p o wder fa c t o r . Co n sider in g t he fa c t o r s suc h a s 86爆破2020年6月 bl a st in g demo l it io n c o st, effec t a n d sa fet y, t he o p t imum p o wder fa c t o r o t he in n er ma in sup p o r t, t he sec o n da r y sup p o r t ,t he jo in t a n d t he o ut er ma in sup p o r t a r e 0. 52 k g/m3,0. 46 k g/m3,1.02 k g/m3 a n d 0. 52 k g/m3 r esp ec t ivel y. The r esea r c h r esul t s c a n p r o vide en gin eer in g r efer en c e fo r t he bl a st in g demo l it io n o f deep fo un da t io n p it sup p o r t in g bea ms in simil a r ur ba n c o mp l ex en vir o n men t . Key Wo rds sup p o r t bea m ； bl a st in g demo l it io n ； det o n a t io n seq uen c e mo de ； vibr a t io n r educ t io n r a t e ； demo l i t io n effec t 随着我国城市建设快速发展,高层和超高层建 筑的修建已成为普遍现象，大型深基坑内支撑梁工 程项目也大量增多。相比于切割拆除法和静态破碎 拆除法，支撑梁爆破拆除法具有拆除工期短、出渣 快、造价低、效益高等优点，目前在深基坑钢筋混凝 土支撑梁拆除时被广泛应用21。由于深基坑支撑 梁拆除工程大多处于城市中心地区，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。近年 来，有很多学者对城市深基坑支撑梁爆破拆除新技 术进行了相关研究。熊祖钊、钟冬望等根据理论分 析和工程实际⑷，计算并评估了深基坑支撑梁爆破 拆除安全系数。温尊礼、汪顺庆等结合复杂环境下 深基坑支撑体系爆破拆除工程句，提出了精确爆 破参数、科学起爆网路、可靠安全防护措施，并采取 应力释放及换撑等技术方案，均取得了良好的爆破 效果。余兴春等在支撑梁爆破拆除主起爆网路中使 用数码电子雷管，在一次性点火情况下完成了近 900 k g药量的拆除爆破切，且严格控制了单响，确 保了预留格构柱及周边结构的安全。操鹏等介绍了 一种轴向布孔的基坑内钢筋混凝土支撑梁爆破拆除 新技术国，显著减少了预埋炮孔的数目，同时提出 了一种轴向预埋炮孔的装药工艺，大大提高了爆破 作业的安全性与拆除效率。何理等提出一种沿支撑 梁轴向、垂直向同时预制炮孔的多向协同布孔技术 及其装药方法⑼，并在实际工程中成功应用，有效 降低了爆破有害效应，改善了爆破拆除效果。谢先 启等结合层次分析法AHP及有限元分析软件 Aba q us对深基坑支撑梁爆破拆除进行模拟计 算，优化基坑支撑梁爆破拆除施工顺序，并在实 际施工中验证了方法的可行性。贾永胜、黄小武等 根据理论分析和工程经验，提出一种从“主动控制” 和“被动防护”同时着手来控制支撑梁爆破拆除有 害效应的理念⑴］。何理、陈晨等通过有限元软件 LS-DYNA分析了箍筋及其切口位置对支撑梁爆破 拆除效果的影响机制氏何，提出了钢筋混凝土支撑 梁箍筋的最佳切口位置。 城市复杂环境下大型深基坑支撑梁爆破拆除往 往具有单次拆除工程量大、炮孔数量多和环境复杂 等特点，同时伴随有难以避免的爆破振动及飞石危 害。合理的爆破参数、科学的起爆网路及可靠的防 护措施是安全、高效实施城市深基坑支撑梁爆破拆 除工程的关键。结合武汉复地汉正街支撑梁爆破工 程实践，综合运用理论分析与现场试验方法,深入分 析深基坑支撑梁爆破拆除起爆网路的不同传爆方式 对邻近既有结构的影响,对比不同传爆方式情况下 待保护结构物处的振动响应状况，优化支撑体系的 拆除施工顺序，以期确保基坑围护结构及周边邻近 建筑物安全，研究成果可为类似城市复杂环境深基 坑支撑梁爆破拆除提供工程借鉴。 1工程概况 1.1周边环境周边环境 武汉复地汉正街支撑梁爆破工程位于武汉市斫 口区沿河大道与多福路交汇处,西侧为多福路,南侧 为沿河大道，东侧为友谊南路，项目整体环境见图1 所示。以C2地块第2道支撑南侧支撑梁为研究对 象，其平面布置见图2。图2中爆破区域范围内待 拆支撑梁总体积约820 n 。 收稿日期2020-01 -21 作者简介何 理1986 -，男，湖北十堰人，副教授、博士，从事工 程爆破与岩石动力学研究，E-ma il emp - hel i ho t ma il . c o mQ 通讯作者钟冬望1963 男，湖北武汉人，教授、博士生导师，从 事矿山工程力学研究，E-ma il z ho n gdwl 23 263. n et。 基金项目国家自然科学基金项目51904210、51574184；长江科学 院水利部岩土力学与工程重点实验室开放研究基金CK- WV2018473/KY;三峡库区地质灾害教育部重点实验室 开放研究基金2017KDZ02 图1项目整体环境图 Fig. 1 Over a l l en vir o n men t a l ma p o f t he p r o jec t 第37卷第2期何理，钟冬望,马建军，等深基坑支撑梁传爆方式对邻近结构物的影响87 图2支撑梁平面布置图 Fig. 2 Pl a n e l a yo ut o sup p o r t bea m 待爆区域东侧为拆迁后空地,西侧紧邻商用仓 库,最近距离仅为9.7 m,南侧与北侧均为居民楼, 待爆区域南侧与居民楼最近距离为11-1 m,北侧与 居民楼最近距离为31.2 m,爆区周边环境见图3。 12项目概况项目概况 C2地块基坑开挖深度大，基底标高-14. 2 m, 等级为一级,安全要求高。基坑共两道支撑,总方量 约10 000 n ,三层地下室，设计采用支护桩加横向 钢筋混凝土支撑结构作为基坑支护，立柱为桩基型 钢柱结构，其它均为钢筋混凝土结构，构件的混凝土 强度等级为C40,保护层厚度35 mm,配筋率约 1.2 2.6。 a 爆区西侧 a West side o f t he ex p l o sio n a r ea b爆区南侧 b So ut h side o f t he ex p l o sio n a r ea 图3爆区周边环境图 Fig. 3 En vir o n men t a l ma p o f t he ex p l o sio n a r ea 13支撑梁孔网参数支撑梁孔网参数 本次支撑梁爆破采用提前预埋炮孔，即布孔组 根据炮孔设计要求,在支撑梁浇灌混凝土前绑扎固 定直径为42 mm的PVC管预埋炮孔,并注意封口以 防泥土、栓渣充填入预置PVC管内，见图4所示。 图4预制炮孔图 Fig. 4 Pr e-bur ied bl a st ho l e 支撑梁预埋炮孔参数如表1所示。支撑梁炮孔 布置如图5所示。 2振动监测方案 由于待拆支撑梁位于C2地块靠南部分，爆区 西侧与南侧分别紧邻商用仓库及民用住宅，需要严 格控制爆破拆除支撑梁时的负面效应，确保邻近结 构物安全。爆破拆除前通过实地踏勘，选取距离爆 区近、建筑结构物损毁风险大的6个点作为振动监 测布置点。振动测点布置如图6所示。 振动测试仪器采用由成都泰测科技研发的 Min i-Bl a st I型爆破振动测试仪，仪器具备24 Bit国 内最高采集精度,动态范围高达100 dB,可同步采 集三个方向振动信号。信号采集时，设置仪器为自 动工作模式,仪器自适应爆破现场环境。 表1预埋炮孔参数 Table 1 Pre-buried blastho le parameters 构件构件构件尺寸孔径/孔深/炮孔孔距/排距/侧向抵抗线/ 名称编号b X A/mmmmmm排数mmmmmm 围標WL1400 x 1100427503800350350 主支撑ZC1300 x 1100427503800320330 次支撑CC600 x800425501500 -300 88爆破2020年6月 叭灌注桩 Al B\ Cl A2 图5撑结构图 Fig. 5 Sup p o r t st r uc t ur e 为控制爆破规模，图2中爆区范围内支撑梁共计 分为3次进行爆破拆除，各次拆除区域如图6所示。 第1次爆破与第2次爆破支撑梁方量均为240 m3，第 3次爆破支撑梁方量约为340 m3。同试爆一样,孔内 均使用MS19导爆管雷管，孔外3 5个炮孔捆为_扎 通过双发MS3段进行传爆，其中在支撑与围標连接 处（或节点处）最多3个炮孔为一扎。 第1、2次爆破时装药量设计见表2。 表2装药量设计 Table 2 Charg e desig n o f blastho le 支撑类型炮孔编号 单孔 药量/g 炸药单耗/ k g * m-3 A1250 内侧主撑B14500. 83 C1250 A2200 次撑B21500. 67 C2200 A3250 外侧主撑B34500. 79 C3200 节点A45501.02 第1次爆破与第2次爆破中，针对与围標相连 接部分支撑梁分别采用图8、图9所示的传爆方式。 3不同传爆方式下邻近结构物振动响 应分析 根据工程实际情况,C2地块南区第二道支撑梁 通过爆破法先行拆除主支撑与次支撑部分，暂时保 留第二道支撑围標结构,后期再对围標部分进行统 一拆除。正式爆破前选取不影响支撑体系稳定性的 2根支撑梁进行试爆（如图6所示），炸药单耗取值 为0.8 k g/n ,试爆效果良好,支撑梁横向箍筋被炸 断，梁身混凝土破碎充分,试爆效果见图7所示。 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎（30巧灌注桩 丄〉围權 MS3 MS3 MS3入 MS3传爆 MS3/K 传爆 方向 MS3 MS3 笄传爆 方向 MS3、 MS3 MS3 A MS3 .MS1 MS3 图8第1种传爆方式 Fig. 8 The fir st mo de o det o n a t io n t r a n smissio n 起爆点 MS3 传爆 方向 MS3 、 MS3 MS3 MS3H 方向 陋S3L 忸S3 MS1 MS3 MS3 MS MS3r MS3 图9第2种传爆方式 Fig. 9 The sec o n d mo de o f det o n a t io n t r a n smissio n 斷灌注桩 围權 ■起爆点 传爆 方向丿; 图7支撑梁试爆效果 Fig. 7 Test ex p l o sio n effec t o f sup p o r t bea m 大体量支撑梁连续爆破拆除前，先通过2 3个 炮孔同时起爆破碎支撑梁与围標连接处混凝土，形 成隔振槽，可阻断后续炮孔爆破振动波向围標方向 第37卷第2期何理，钟冬望,马建军，等深基坑支撑梁传爆方式对邻近结构物的影响89 传播,削弱并降低围护结构的地震波强度,减小爆破 振动对基坑围护结构及周边建（构）筑物的影响。 图10隔振槽可;意图 Fig. 10 Dia gr a m o f vibr a t io n iso l a t io n gr o o ve 通过现场振动测试，两次爆破试验共测得十 二组爆破振动信号，典型爆破振动信号时程曲线如 图11所示。 图11爆破振动速度时程曲线 Fig. 11 Hist o r y c ur ve o f bl a st in g vibr a t io n vel o c it y 由图11的振动信号时程曲线可以看出，爆破振动持 续时间较长，达到3 s左右，主要是因为支撑梁爆破 方量大，延时段数多造成的;并且由于段间延期时间 均为50 ms,分段振动波相互叠加干扰，导致爆破振 动速度峰值出现在时程曲线的中期，而并非出现在 时程曲线初期。 两种不同传爆方式情况下的振动监测数据见表3。 表3不同传爆方式下测点振动速度及主频 Table 3 Vibratio n velo city and frequency o f measuring po ints under different mo de o f deto natio n transmissio n 传爆 方式 最大单响 药量/炖 测点 距离/m振动速度峰值/（c m s1振动主频/Hz HDR径向切向垂直向径向切向垂直向 12324.00.850.761.0024.5412.5831.75 22122.10.900.401.2722.8620.2026.85 35555.40.120.090.2311.2016.1325.32 11.45 4 7 5252.50.180.250.2861.5417.7834.78 56161.40.190.370.8430.5621.3532.21 67575.30.560.010.0126.3320.4627.53 15353.50.160.080.5039.3737.8841.15 24646.50.461.090.5717.7029.6326.14 34444.60.070.050.1639.2237.1739.37 21.45 4 7 2425.00.160.100.2438.6139.2240.98 53232.80.130.010.3226.0112.6520.11 65050.50.090.100.2321.3611.8722.69 注表3中H为垂直距离,m；Q为水平距离,m；R为直线距离,m。 由表3中振动速度及其主频统计结果可以看 出,各测点处质点振动速度峰值（PPV）总体上呈现 出垂直向最大，水平径向次之，水平切向最小的规 律。然而，各测点处PPV与爆心距离的关系并不明 显,分析其原因主要包含两个方面一是爆破区域位 于第二道水平支撑，与地表监测点存在高程差，同时 水平支撑外围有围標及灌注桩等所组成的围护结 构，地质地形差别及围护结构浇筑质量差异等因素 都会影响爆破地震波传动规律；二是支撑梁爆破拆 除方式的特殊性，支撑梁爆破拆除时爆破振动只能 沿其轴向方向传至围標、灌注桩直至基坑外部岩土 区域，不同的支撑布置形式及其与围標所成角度均 会影响振动能量的传递效率。同时文中的传爆方式 1和传爆方式2也存在本质区别，传爆方式1考虑 便于接线联网的原则，在处理与围標相连的支撑时 采用“S”形方式传爆，而传爆方式2则在爆破拆除 支撑梁时均注重先切断支撑梁与围標的连接，而后 由围护结构向基坑内侧传爆。 现将表3中不同传爆方式情况下相近爆心距处 的质点振动速度对比情况列于表4。 由表4可以看出，传爆方式1和传爆方式2均 采用孔内高段别（MS19）、孔外低段别（MS3）及3 90爆破2020年6月 5孔为一扎的接力传爆方式,通过控制单响药量较 连接，而后由围护结构向基坑内侧传爆，相比于传爆 好的限制了爆破振动强度值。尤其是传爆方式2, 方式1最大降振率可达到86. 8。 在爆破拆除支撑梁时均注重先切断支撑梁与围標的 表4不同传爆方式情况下振动速度对比 Table 4 Co mpariso n o f vibratio n velo city under eifFerent explo sio n transmissio n mo de 数据 组别 R/mPPV/cm-s 1 降振率/传爆 方式1 传爆 方式2 传爆方式1 垂直向 传爆方式2 径向切向径向切向垂直向径向切向垂直向 第一组24.025.00. 850.761.000.160.100.2481.286.876.0 第二组52.550.50.180.250.280.090.100.2350.060.017.9 第三组61.453.50.190.370.840.160.080.5015.878.440.5 注降振率 y PPVi - PPV2 /PPVi x 100 综合表3及表4可以得到,监测点处的爆破振动 主频主要集中在15 40 Hz范围内，高于基坑周边建 筑物的自振频率，基坑周边各测点处PPV最大值也 仅为1. 27 c m/s,根据爆破安全规程GB6722 2014，爆破振动对邻近基坑建构筑物未造成危害。 4工程实例应用 针对图6中的第3次支撑梁爆破方量约为 340 n ,结合支撑梁试爆及第1、2次爆破拆除效 果,并同时考虑基坑周边建筑物安全及外侧主撑临 空面处防护难度与强度等因素，对支撑梁各构件炸 药单耗及单孔药量进行优化，第3次爆破时装药量 设计见表5 o 表5装药量设计 Table 5 Charg e desig n o f blastho le 构件类型 炮孔 编号 单孔 药量/g 炸药单耗/ k g m-3 A1150 内侧主撑B13000. 52 C1150 A2150 次撑B21000. 46 C2150 A3150 外侧主撑B33500. 52 C3100 节点A41501.02 采用图9所示第2种传爆方式对第3次待拆支 撑梁进行连线起爆,测得邻近基坑各建筑物处质点 振动速度及主频见表6。 支撑梁爆破拆除效果如图12所示。 表6各建筑物处质点振动速度及主频 Table 6 Vibratio n velo city and frequency 图12支撑梁爆破效果 Fig. 12 Bl a st in g effec t o f sup p o r t bea m o f particle at each building 测点 振动速度峰值/k g* m 1振动主频/Hz 径向切向垂直向径向切向垂直向 10.480.530.9840.98 29.5340.66 20.350.410.5325.38 17.9626.55 30.180.310.4139.10 27.7742.89 40.150.100.2350.29 43.6928.67 50.120.060.0713.26 20.1516.88 60.050.080.1016.98 23.2115.52 * V 工程实例应用结果表明，第3次支撑梁爆破时 的PPV均控制在1 c m/s以内,振动主频主要集中在 15-45 Hz范围内，振动速度与主频满足安全要求; 支撑梁爆破拆除效果好,梁身钢筋与混凝土脱离,混 凝土碎而不飞且没有大块;周边摄影监测结果表明 未有爆破飞石抛出基坑防护区域，同时在爆破完成 后第一时间借助降尘雾炮对基坑内爆破区域洒水, 爆破粉尘控制效果良好，未对周边环境造成污染。 5结论 1大体量支撑梁连续爆破拆除前,先通过小 第37卷第2期何理，钟冬望,马建军，等深基坑支撑梁传爆方式对邻近结构物的影响91 药量炮孔同时起爆在支撑梁与围標连接处形成隔振 槽,可有效阻隔支撑梁拆除爆破振动波的传播,减小 爆破振动强度及其对基坑围护结构和邻近建构 筑物的影响,降振率最高可达到86. 8。 2 针对相同混凝土强度等级的支撑梁，不同 构件类型及部位的炸药单耗也不尽相同,工程实践 中需根据各次爆破效果不断进行优化改进,通过综 合考虑安全防护难度、爆破器材成本及爆破拆除效 果确定各构件、各部位最佳炸药单耗。 3 本次支撑梁爆破拆除工程内侧主撑、次撑、 节点及外侧主撑的最佳炸药单耗分别为0.52 k g/m3、 0.46 k g/m3、1.02 k g/m3 和 0.52 k g/m3 o 参考文献参考文献 References [1] 叶建军，程大春，明 军基坑钢筋混凝土临时支撑梁 绿色拆除爆破技术[J].爆破,2017,341101-107. 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