深基坑围护体系中内支撑梁爆破拆除
- 工程概况
- 工程环境
****园工程位于上海市黄浦区****南外滩，地处****，周边环境及其复杂，基坑西侧为****路，路外为****幼儿园及1栋28层高档办公楼与基坑距离为30米；东侧为****街，路外为新建32层高层住宅楼，与基坑距离为35米；北侧为****弄，路外为7层老式居民楼，与基坑最近距离公约为20米；南侧为上海市****初级中学和1座新建****配电站，与基坑最近距离公约为20米。
- 工程围护结构
地下车库四周采用D950@1150钢筋混凝土钻孔灌注桩挡土，坑内设二道水平钢筋混凝土支撑梁，第一道支撑梁中心标高为-3.1M，第二道支撑梁中心标高为-8.2M，内支撑支承柱采用钢制格构柱，内支撑梁的截面尺寸为800×800mm、1100×800mm、1200×800mm、1400×800mm，围檩、锁口梁截面尺寸为1300×850mm、1000×850mm。基坑围护结构平面图如下：
图1 基坑围护结构平面图
- 工程特点
3.1 工程本身的保护
3.1.1 围护桩的保护 基坑四周围护桩作为围护结构的主体，要求在爆破中绝对保证结构体既不渗漏又没有内伤。
3.1.2 钢格构柱的保护 要求在第二道支撑梁爆破拆除时，要保护钢格构柱及上部支撑系统的稳定性不受破坏，且不影响栈桥的正常使用。
3.1.3 地下室底、楼板的保护 在围护结构支撑梁的爆破拆除中，混凝土要达到一定强度才可以爆破作业。并要采取必要的措施确保地下室底、楼板的安全。
3.2 基坑四周地下管线的保护
根据基坑四周管线分布图，弄清分布的管线与本工程相对位置,爆破前要和有关管线单位联系，办理相关审批手续，召开有关方面参加的爆破协调会，听取各方意见，采取安全有效的技术措施，确保管线安全要求。
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- 对四周建构筑物的保护
根据基坑总平面布置图，离基坑20m左右的有****路一侧老式居民楼及盐码头街一侧上海市****初级中学及1座新建****配电站，是本爆破拆除工程的重点保护对象。其余建筑与基坑的距离距离大于30m，采取措施后，爆破震动对其影响可以控制。
- 爆破方案设计
支撑拆除爆破是将很多的小药包分散填埋于按预先设计好的孔中，运用微差爆破技术，分段延时起爆，使爆破后既能达到预期的爆破效果，又能把爆破震动、冲击波、飞石、噪音和粉尘等对环境危害程度控制在规定的范围之内的爆破技术。
| 爆破等级 | 炸药单耗 | 施 工 部 位 |
| 松动爆破 | 700～800g/m3 | 老太平路、盐码头街坊一侧的围檩 |
| 强松动爆破 | 700～1000g/m3 | 第一道支撑及第二道支撑系统中剩余围檩 |
| 分离爆破 | 900～1200g/m3 | 第二道支撑系统的支撑 |
1、分部位采用不同爆破强度等级和炸药等级 根据周围环境，针对不同层次支撑系统和同一层支撑系统中所处位置的不同，选择不同爆破等级，确保周边环境的安全，同时又要尽量缩短施工工期。
2、严格控制一次齐爆药量
针对不同的爆破区域采用不同的一次齐爆药量，以控制爆破作业诱发的地表震动，确保基坑和四周建构筑物和管线的安全。其中：
一般支撑、围檩爆破拆除：一次齐爆药量控制在3公斤以内
基坑南北两侧围檩爆破拆除：一次齐爆药量控制在2公斤以内
- 爆破几何参数
根据支撑的具体尺寸、配筋情况、混凝土强度等级、炸药种类、最小抵抗线方向以及周围环境情况等确定爆破参数为：
最小抵抗线： w取200～300mm左右 孔 距： a取850mm左右
排 距： b取200～300mm左右 孔 径： 42mm
孔 深： 一般取支撑梁高的三分之二，孔底留高以最小抵抗线为准。
药 量 参 数：单孔药量Q=，其中：为炸药单耗，依据支撑粱的配筋、爆破等级以及所需的爆破效果来选定，单位为Kg/m3；
- 震动控制方案
4．1 支撑爆破
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- 支撑和圈梁连接处先行爆破切口，切断爆破震动传播介质，然后毫秒延期起爆支撑；
- 每次齐爆药量小于3kg；
- 采用不同延期时间的起爆雷管，使各段爆破的震动波相互干扰衰减。
4．2围檩的爆破
a）宽度方向布4－5排孔，斜向逐排起爆，起爆顺序朝向基坑；
b）纵向分段，每次齐爆药量小于2kg；
c）斜向起爆
5、爆破主要设计指标
爆破总工程量：约1820m3，其中第二道支撑爆破工程量约为1000 m3，第一道支撑爆破工程量约为820 m3
爆破工期：各道支撑系统拆除各1天，第二道爆破1次，第一道爆破1次。
每次支撑爆破后部分清凿、回收钢筋及垃圾清运约需8天时间。
单次爆破持续时间： 装药联网时间：约5-8小时
爆破持续时间：约5-6秒钟
爆后检查时间：15分钟左右
爆破延期时间： 支撑及围檩爆破：孔内2s，孔外以50ms、75ms和110ms交错延期。
支撑节点爆破：孔内由外而里依次微差分段，孔外以50ms、75ms和110ms交错延期，从而有效地控制最大单段齐爆药量。
单段最大起爆药量：中间支撑爆破：3kg 围檩和支撑节点：2 kg
6、爆破拆除程序
为实现逐步卸截、合理卸载，以确保基坑自身的安全和周边建构筑物安全，拆除程序应遵循先周边后中心的原则，即先用小药量爆破与围檩相接处的支撑，开出“口子”，再进行基坑中间部分支撑的爆破拆除。这样就切断了震动波向基坑边缘传递的主要途径，以达到逐步卸截、合理卸载，以确保基坑自身的安全和周边建构筑物安全的目的。
- 围檩、节点的爆破拆除
节点爆破拆除时，采用孔内、外延期相结合的起爆网络，外圈 0秒起爆，内圈依次间隔0.1秒起爆，既限制每段齐爆药量，保护了主要节点上的钢立柱，同时增强爆破效果。
围檩爆破时，采用斜向分段爆破拆除的措施。由于围檩、顶圈梁和支撑相比少一个临空面，配筋又较密，故炸药单耗增大；但它又和基坑围护的围护桩紧贴，为减少爆破震动，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震动，其方向指向未爆的围檩，可有效地保证围护桩的安全。
8、起爆网络
使用四通或直接绑扎将5－10个药包连接起来成为一个起爆单元（段），再用毫秒延期雷管将各个起爆单元串联起来，各主起爆线间在中间同时段位置用导爆管相互联通若干处，以提高起爆网络的可靠性。起爆时，采用起爆器击发导爆管雷管，从而引爆延期雷管和孔内炸药。起爆网络示意图如下：
图2 起爆网络示意图
- 施工的组织
- 施工工艺流程
支撑系统拆除按基坑施工的顺序分两期进行，由下而上，第一期拆除第二道支撑，拆除工作在大底板浇完，养护达到规定强度开始，第一道支撑在地下室楼板及换撑传力梁混凝土养护强度达到80%后开始。
每期支撑拆除分钻（清）孔（含验孔）、防护搭设（含防护验收）、实施爆破、防护拆除、爆后清凿、废钢回收和碎渣清理外运七个阶段。
为了减少施工时间和施工噪音，采取炮孔预埋方式。即在支撑系统浇捣砼时按设计孔网参数埋入硬质纸管以形成炮孔。这样在爆破时就可直接清孔，然后装药爆破。
- 爆破施工组织机构
爆破施工组织机构如下图：
项目指挥部
钻 孔 队
爆 破 队
安 全 警 戒 组
保 障 组
- 爆破保护措施
（1）严格控制一次齐爆药量
（2）控制主要飞散物方向 因布孔时支撑最小抵抗线方向为水平方向，布药中心布设在支撑上下中线上，爆破时飞散物主要向水平方向飞出，被挡住在防护内；垂直方向主要是自重下落，而砼块（小于30cm）对地板的冲击不会影响地板的结构安全。
（3）确保准爆 为防止断梁或大砼砸在楼板上， 采取密孔小药量爆破原则，每立方米砼确保有5-7个孔，这样爆破块度可控制在30cm以下， 同时采用复式起爆网络，每个炮孔确保至少有两条回路相连，防止产生哑炮。
（4）切口隔震 在地下室内爆破时，对围护桩的影响最大的是围檩爆破拆除，为保证主体结构完好无损，对其保护主要是通过控制爆破震动来实现。为此我们采取"切口隔震"原则。“切口隔震”为首先采用小药量爆破方法将围檩和支撑连接处炸开一个切口，然后再毫秒延时爆破内部支撑，由于震动靠固体传震，这样支撑的爆破震动在切口处被阻断，就不会传递到围檩和围护桩上
（5）分段对称爆破 在第二道支撑爆破时，其上部支撑还处于正常使用阶段，为保证钢格构柱完好无损，对其保护主要是采用小药量从外向内毫秒延时分段对称爆破作业技术。
（6）飞石控制 爆破时碎块混凝土解体时，有一定的初速度，在无防护情况下，个别能飞到30～40m外，光靠设计来控制飞石很难做到，因此需采取飞石防护措施。
在第二道支撑系统爆破体爆破时，即在其上道支撑上搭封闭式防护棚，防护棚用钢管做骨架纵横间距2.0 m×0.5m，然后将两层竹笆满铺在骨架上；竹笆间竹笆与骨架间用铁丝扎牢,最后在上面“井”字型压钢管，纵横间距2.0 m×0.5 m，上压的钢管必须用扣环联接，与下层骨架一起将两层竹笆挤压为一个整体防护层，最后在防护棚上加一层建筑用安全网。
第一道支撑系统中的所有爆破体爆破时,在爆破体上方搭设一道封闭式防护棚，距爆体顶面不小于2米，防护由三层竹笆组成。钢骨架参数同下道防护，然后在上层防护上覆盖建筑用安全绿网。
- 施工总结：
通过本工程深基坑围护结构内支撑炸药控制爆破施工总结如下：
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- 支护体系的支撑拆除，特别对钢筋混凝土支撑采用炸药控制爆破破碎技术是比较实用的、经济的。炸药控制破碎能使爆破体达到“破散不抛”“就近塌落”爆破后大块率在5%以下。
- 破碎拆除中爆破技术方案，需要进行科学地编制，因地制宜，技术方案要考虑工程环境、工程结构等诸多方面因素，涉及可行爆破方案。
- 尽力减少振动、飞石、噪音对周围环境影响是控制爆破关键技术，要使爆破声响、振动，破坏区域以及破碎物的散落范围、倾斜方向、控制在规定范围内。
- 从经济效益和施工角度讲，混凝土支撑采用炸药控制爆破拆除工艺还是很安全经济的，其碎渣可以进一步利用作垫层，支撑中钢筋可以回收，对材料资料也没有浪费。有其较强的适用性及应用性。
- 本工程两道水平钢筋砼内支撑，每道拆除时间仅需7天时间，达到了原先预订安全、优质、尽量缩短爆破工期的三大原则，获得了良好的社会效益及经济效益。
- 爆破后效果见下图：
图3 地下车库第二道支撑梁爆破后效果图
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