某深基坑工程紧邻长江堤, 设有4层地下室, 基坑开挖最大深度为29.4m, 基坑开挖面积约31 000m², 土方总开挖量约70万m³。场地土质主要是粉质黏土、粉土及粉砂。基坑支护采用钢筋混凝土地下连续墙加TRD水泥土搅拌墙止水帷幕, 地下连续墙为永久结构地下室外墙, 基坑距离长江堤岸仅约50m。建设场地为不规则多边形, 整个基坑采用4道钢筋混凝土支撑, 每道支撑采用双圆环的布置形式, 2个圆环半径分别为64.5, 75.2m, 如图1所示。

1) 静态膨胀剂拆除钻孔工作量大, 膨胀剂难以克服钢筋的抗拉强度, 膨胀产生的裂缝较小, 需大量人工打凿, 工期长、成本高。

2) 机械切割吊装拆除, 混凝土切割、吊装要求大型设备且价格昂贵, 施工进度慢、工期长;同时, 机械切割造成的噪声污染持续时间大而长, 容易引起周边居民不满;另外, 机械切割时振动持续时间较长、频率较低, 导致结构长时间产生微振动, 可能引起结构损伤带的扩张。

3) 人工和机械联合拆除工期长, 机械拆除时机械自重、破碎冲击、大块混凝土掉落等, 对地下室楼板的强度有不利影响。

4) 爆破拆除具有工期短, 效率高等优点, 通过定量化的毫秒微差爆破设计、精心的爆破施工组织, 有效控制爆破飞石、爆破振动、爆破噪声等有害效应, 达到安全、可靠、快速地完成基坑钢筋混凝土支撑梁拆除, 为整体建筑工期的提前起到决定性作用。

综合分析决定优先采用爆破拆除方式。

1) 本工程四周地下连续墙既作为围护结构主体, 又为永久结构地下室外墙, 要求在爆破中绝对保证其结构功能的完整性, 既无渗漏又无内伤。

2) 基坑周边建筑情况复杂, 西侧分布较多老式多层住宅;南侧约1m为新建办公楼;西北侧约15m为1栋16层沿街居民楼;东侧5m为沿江大道, 离长江仅约50m, 爆破环境十分复杂。要求爆破振动对周围建 (构) 筑物不产生影响。

3) 爆破区人车流量较大, 必须严格控制爆破飞石, 确保过往车辆、行人的安全。

4) 爆破施工确保工程桩和地下室结构与施工安全。

5) 爆破后产生的块度需满足人工清渣要求, 工程应在规定工期内完成。

根据本工程的特点, 经过仔细分析, 决定采用以微差爆破拆除为主、以机械切割为辅的多种拆除方式相结合的方案, 针对不同部位适当采取不同措施。具体安排如下: (1) 用于运输的车道板由于厚度较小, 不宜用爆破法破碎, 故机械拆除1~4层车道板; (2) 靠近道路、建筑物周边的腰梁、支撑采用松动爆破, 爆破后风镐跟进处理; (3) 第1, 2, 3, 4层支撑采用逐段微差延时爆破。在浇筑混凝土时, 将钻孔改为预埋孔, 即将符合要求的纸管预先插入混凝土中, 凝固后管腔即成爆破孔, 用于爆破装药, 可以缩短施工工期, 减少施工噪声。

1) 预埋孔参数

根据基坑支撑的具体位置、尺寸、配筋、混凝土强度等级、最小抵抗线及周围环境等情况确定相关参数。采用梅花形预埋孔布孔方式, 最小抵抗线W取300mm。各道支撑尺寸如表1, 表2所示。

2) 单孔装药量

根据体积法公式:

式中:Q为单孔药量 (g) ;a为孔间距 (cm) ;s为支撑构件的截面积 (m²) ;n为排数;q为炸药平均单耗 (g/m³) , 与混凝土强度、钢筋配筋等相关。单孔装药药量如表3所示。

3) 节点部位

孔间距a=30cm, 孔深为厚度的2/3, 因节点处配筋较密, 单孔药量稍作加强, 为正常装药量的125%, 单耗选取为1 000g/m³。

采用孔内高段位、孔外低段位的微差延期起爆技术, 并采用双雷管传爆, 确保传爆网路的可靠性。

1) 节点网路

节点网路处由外向内对称起爆网路, 平衡钢立柱免受侧向推力, 采用支路先爆, 为节点处爆破创造临空面。如图2所示。

2) 支撑爆破网路

采用分段延期起爆网路, 严格控制起爆药量和爆破振动。如图3所示。

3) 腰梁爆破网路

腰梁爆破时, 采用斜向分段爆破拆除的措施。由于腰梁和支撑相比少一个临空面, 且配筋较密, 故炸药单耗增大;但它又和基坑围护的围护桩紧贴, 为减少爆破振动、确保围护的安全, 故采用斜向分段、逐段延期爆破法予以拆除。由于斜向分段后爆破作业所产生的反作用力及诱发的爆破振动, 其方向指向未爆的腰梁, 可有效地保证围护桩的安全。如图4所示。

爆破工程中爆破振动的控制和个别飞散物的控制与防护在工程安全中至关重要, 也是判别拆除施工成功与否的一项重要指标。

由于支撑梁拆除爆破药包较多, 药量较少且分散, 其爆破振动速度低于相同药量条件下的一般岩土爆破的爆破振动速度。根据GB6722—2014《爆破安全规程》中的爆破振动安全距离计算公式:

式中:Q_max为最大一次起爆药量 (kg) ;R为保护目标至爆点距离 (m) ;V为允许振动速度 (cm/s) ;K为与地质条件有关的系数, 取K=32.1;a为地震波衰减系数, 取a=1.57。

爆区周围建筑物为框架结构。爆破振动允许速度V≤5cm/s。爆破作业区域离南侧1层民房最近, 相距为3m, 按最不利原则考虑, 以控制爆破振动对其不产生危害为目的, 进行单段起爆最大药量校核。

经计算, 本次拆除在该区域允许单响最大起爆破药量为0.2kg, 该区域单响可起爆1个炮孔, 约0.2kg炸药, 小于允许的起爆药量, 爆破产生的振动不会对周围建筑造成影响, 可满足安全要求。

式中:L_f为无覆盖条件下拆除爆破飞石的飞散距离 (m) ;K为拆除爆破单位用药量 (kg/m³) 。本次爆破实际单位用药量为0.8kg/m³;计算得L_f=61m。

这是在没有覆盖情况下的安全距离, 周围环境不允许有任何飞石。

拟采用以下几点方法对爆破中个别飞石进行控制和防护: (1) 精心设计, 严格施工, 并根据现场施工情况 (炮孔的成孔质量、保护对象、防护要求) , 试爆后对爆破参数进行调整; (2) 严格控制单段最大起爆药量, 即1个段别一次起爆的最大药量。在影响爆破飞石诸因素中, 单段最大起爆药量是主要因素之一; (3) 严格控制爆破规模, 即控制一次爆破总药量; (4) 合理布置孔网参数, 根据爆破要求、爆体的性质, 综合考虑确定爆破参数; (5) 加强防护措施。

为防止万一, 在爆区附近要加强防护, 对飞石的人身防护是撤离危险区, 并加强警戒, 还应该在爆区四周安全距离内外设封锁线和信号, 以防飞石对人员和物体的危害;防护措施有: (1) 第2~4层支撑在爆体表面上铺2层胶管帘、1层帆布并在第1层支撑上对应下层爆破区域铺设密目式黑网的组合严密覆盖防护。 (2) 第1层支撑爆破时靠近地面, 适当地减小药量, 在爆体表面上铺1层木板、2层胶管帘、1层帆布的组合严密覆盖防护。根据梁体的宽高用铁丝串连胶管、裁剪帆布的大小, 覆盖在爆体的三面 (上面、左面、右面) 。如图5所示。

此次爆破无外部装药, 且对爆破部分均进行了严密的遮挡, 冲击波强度得到了有效的控制和削弱, 故冲击波不会造成危害。

1) 支撑爆破时, 下部板面已经浇筑完毕, 确保支撑爆破不对板面产生开裂、破坏等危害, 采取的措施为: (1) 采用合理的布孔方式, 均匀布孔, 爆破能量均匀公布, 确保爆破无大块产生; (2) 通过先爆破支撑、后爆破节点, 避免整体梁下落砸坏板面; (3) 在爆破区域下方底板上铺设木板, 防止爆破时碎碴损伤底板。

2) 下道支撑爆破后, 钢格构柱仍要支撑上部支撑梁, 因此需采取措施减少支撑爆破对其影响, 确保格构柱强度满足结构要求。常采取的方法主要有: (1) 正确布孔, 一般爆破孔与柱边距离大于装药压缩圈, 减少爆炸力对钢柱的影响; (2) 优化装药, 使格构柱附近的装药均匀用于破碎混凝土; (3) 格构柱周边孔减弱30%~50%装药量, 仅进行松动爆破, 以保护格构柱。

拟采取的主要措施为: (1) 爆破时请有关部门配合阻断马路人行道; (2) 选择合适爆破时间, 在周边人员较少时进行爆破作业。一般每次爆破撤离时间约30min, 其余处于安全警戒范围人员全部撤离。

1) 本工程采取的以微差爆破为主、多种拆除方式相结合的拆除方案设计安全、合理, 保证了地下连续墙、深基坑、型钢格构柱以及周边建筑物的安全, 爆破块度均匀。

2) 爆破时尤其需要注意安全, 必须严格按照相关规定执行, 而且管理人员不能疏忽大意。应采用先进、合理的起爆网路, 由试爆确定各项参数, 做好安全防护工作, 把爆破引起的振动、飞石、冲击波的影响减轻到最小程度。

3) 在城市内混凝土量较大的基坑钢筋混凝土支撑梁的拆除工程, 采用爆破拆除较机械拆除有一定优势, 主要体现在采取合理方案的爆破不仅工期短, 而且拆除噪声较机械拆除持续时间短, 也不会对基坑结构及周边建筑造成结构性损失。

4) 如何优化爆破设计、有效组织施工, 低成本、高效率地达到短时间内爆破拆除大型基坑支撑梁, 是此类钢筋混凝土支撑梁拆除的关键。