大型泵站基坑内支撑与围爆破拆除方法

大型泵站基坑内支撑与围爆破拆除方法

1基坑支撑与围爆破上海绿沙5号沟泵站位于浦东曹路市第五沟。该基底采用钢筋结构，其钢筋密度是传统基底钢筋密度的1.5倍。基坑东西长135.2m、南北宽89.2m、深24.7m,基坑结构支撑平面见图1。基坑内支撑分5层,标高见图2。在确保工程质量的基础上,为缩短工程建设工期,决定对基坑内支撑与围檩采用爆破方法拆除,为了防止爆破振动对基坑地下挡土墙、在建基坑结构、塔吊、周边建筑结构等的损伤,采用爆破振动仪对爆破振动进行实时监控,并对爆破振动数据进行分析,在确保爆破效果的基础上优化爆破方案,使支撑与围檩的爆破拆除对周边建筑结构的影响降到最低限度。经对各次爆破方案及相应的爆破振动监测数据进行对比分析,可见影响基坑内支撑与围檩爆破拆除的因素很多,通过总结爆破施工经验,提出基坑内支撑与围檩爆破的几个关键技术。2结构建设对爆破的影响评价基坑内支撑与围檩的爆破与一般建筑结构拆除不同:基坑内的支撑和围檩的临空面多,一般为3～4个临空面、拆除部位支撑与围檩只受自身重力影响、基坑内围檩与地下挡土墙相衔接、地下挡土墙受土壤围压作用大、爆后回收废钢筋和清碴为高空作业、基坑内下部内衬墙及内部结构建设与上层支撑和围檩爆破拆除是同步进行的。因此在评价基坑内支撑与围檩爆破效果时,主要考虑以下3个评价标准:①基坑内支撑和围檩的爆破不会对地下挡土墙、立柱、预保留体、基坑内已建基坑结构、塔吊、周边建筑结构造成损伤;②基坑内支撑和围檩爆破后应方便废钢筋的回收,废钢筋的回收主要采用人工切割,为了加快回收进度,需要爆后混凝土与钢筋充分分离,同时要确保底部作业人员的安全;③爆破大块率低,方便人工清碴,由于基坑内衬墙和内部结构建设与基坑内支撑和围檩爆破同步进行,后续结构的建立导致很多区域空间狭小,只能人工清碴,因此需要爆后混凝土的大块率低。根据上述3个评价标准,通过对各次所监测到的振动数据进行对比分析得出,影响基坑内支撑与围檩爆破效果的主要因素有爆破施工工艺、爆破分区选择、局部区域爆破药量的确定、孔间爆破延时控制及爆破网路。2.1爆破围部分炮孔爆破该基坑内支撑爆破工作量较大,钻孔较多,为了节约施工成本、加快爆破施工进度,在基坑内支撑与围檩浇筑施工时提前埋设半通塑料管,作为爆破炮孔。基坑内围檩结构与地下挡土墙结构相连,为了减少围檩爆破对地下挡土墙的影响,在围檩浇筑时在靠近地下挡土墙一侧预埋设贯穿性空气管,以便形成空气帷幕,减少爆炸冲击波对地下挡土墙的危害。基坑内围檩结构与地下挡土墙结构通过钢筋搭接相连,鉴于此基坑结构的特殊性,围檩结构与挡土墙结构衔接的钢筋密度较大,因此为了取得围檩部分较好的爆破效果,爆破前应对围檩与地下挡土墙结构衔接部位的部分钢筋进行预处理。根据何广沂教授的露天深孔水压爆破研究可知,当在炮孔中注入水介质加以间隔封堵,利用水介质的不可压缩性,可以显著地提高炸药能量的有效利用率,降低炸药单耗。围檩部分与地下挡土墙结构相连,为了减少围檩部分爆破对地下挡土墙的危害,在总药量一定的基础上,应提高围檩部分炸药能量的利用率,因此对围檩部分炮孔采用充水爆破,提高爆破效果。在爆破上层支撑和围檩时,由于下部基坑在建结构已经形成,因此必须考虑爆破产生的冲击波和飞石对下部在建基坑结构的影响。爆破拆除时空气中爆炸冲击波引用了修正的萨道夫斯基公式可知:R¯¯¯=R/W−−√3(2)R¯=R/W3(2)Δpør=2Δpø+6Δpø2Δpø+7p0(3)Δpør=2Δpø+6Δpø2Δpø+7p0(3)式中:Δp⌀为空气冲击波超压,105Pa;Δp⌀r为物体表面空气冲击波超压,105Pa;R¯¯¯R¯是比例距离,m/kg1/3;R为药包中心至测点距离,m;p0为大气压力,105Pa;W为修正的装药量,kg。W根据下式确定:W=K1K2μW0(4)式中:K1为2#岩石硝铵炸药与TNT爆热之比,取0.93;μ为爆破拆除时炸药爆炸转换为空气冲击波能量占总能量的比例,μ取决于爆破条件,孔内爆破时μ=0.1～0.35,本工程取0.35;W0为最大一段起爆药量,kg;K2为测点处炸药量的等效系数(K2≤1),本基坑爆破支撑区域K2W0取2.4kg。根据上述式(1)～(4),不同测点处超压如表1所示。由表1可知,为了降低上部支撑与围檩爆炸产生的爆炸冲击波对下部在建支撑的影响,下部支撑所受的空气冲击波超压应满足Δp⌀≤3MPa,因此下部在建支撑至少距离上部待爆破支撑与围檩下表面1.1m以上。同时为了加强防护,可在新建支撑表面上覆盖一层毡布,防止冲击波和飞石的危害。而且在上部支撑与围檩爆破时,下部在建基坑结构应已具有一定的抗冲击强度,这需要上部爆破与下部建设有一段间隔期。2.2力片区部分力居住区单层支撑爆破总面积约12015m2,爆破总方量约4000m3,在单次总药量限制的情况下只能进行分区爆破。爆破分区的原则是:前期爆破施工对后期爆破区域结构不造成结构损伤,后期爆破对前期爆破区域爆后施工的结构不造成损伤,爆破振动叠加区域应尽量避开受保护结构、必须不在受保护结构的应力集中区。在此原则上,爆前共设计四种爆破分区方案,分别如图3所示。比较上述四个分区方案,方案2的爆破次数最少,根据损伤累计理论,爆破次数的减少直接降低了爆破对挡土墙和新建结构的损伤概率,而且爆破次数的减少也相应的降低了爆破成本,因此方案2是最优方案。但由于工程需要,后续支撑栈桥3区必须作为1、2爆破区域爆后回收废旧钢筋和坑内基建上下用的重要渠道,因此栈桥区域需要独立爆破。比较分区方案1、3、4,在其它情况都相同的基础上,分区方案1和3的爆破振动对栈桥区域(长边中心区域)的挡土墙和新建后续结构的影响较小;分区方案1和4的爆破振动对两边(短边)中心区域的挡土墙和新建后续结构上的影响最小,因此方案1是优选方案。本基坑前期支撑与围檩爆破由于离底部高差不大,人员和材料上下方便,因此采用方案2的分区方案,后期由于后续基坑内新浇筑的混凝土有施工进度的差异,考虑上层爆破对下层新建结构的影响,因此改用方案4的分区方案。2.3围与地面挡土墙的围对比该基坑围檩截面尺寸为宽2000mm×高800mm,支撑1截面尺寸为宽800mm×高800mm,支撑2截面尺寸为宽1500mm×高800mm。为了减少围檩和支撑爆破对基坑结构的影响,该基坑支撑与围檩爆破采用多布孔、少装药的原则,多点起爆分散爆破总药量,减少爆破产生的危害。因此围檩采用6排梅花型布孔,支撑1采用单排之字型布孔,支撑2采用4排梅花型布孔。围檩与支撑2爆破药量q1和支撑1的爆破药量q2如式(5)所示:q1=K1abH,q2=K2aWH(5)式中:q1、q2为单孔装药量,g;K1、K2为炸药单耗,g/m3,K1取900g/m3、K2取1200g/m3;a为孔距,取1m;b为排距,取0.3m;W为最小抵抗线,取0.3m;H为支撑与围檩高度,取0.8m。因此,围檩和支撑2的单孔药量为216g,支撑1的单孔药量为288g。该基坑围檩与地下挡土墙相连,为了减少围檩爆破对地下挡土墙的影响,对围檩部分采用松动爆破,因此围檩装药量做了适当调整,减少了单孔装药量。而对于支撑部分,由于其临空面好,且距离地下挡土墙较远,为了清碴和回收废钢筋方便,需要混凝土和钢筋完全脱离开,因此对支撑部分适当加大了单孔装药量。2.4爆破振动分析该基坑爆破总的延时控制原则是:“孔内大延时、孔外小延时”。由于围檩部位与地下挡土墙相连,因此对围檩部位采用“单孔单爆”的原则;支撑部位距离地下挡土墙较远,且通过围檩与地下挡土墙相衔接,因此支撑部位采用“组孔延时爆破”的原则。这样既有利于整个网路布置,又有利于支撑内部钢筋混凝土的破碎。该基坑内部支撑、围檩与地下挡土墙是属于一个整体结构,且每层都是大面积爆破,采用的是半复式网路,因此在某一区域监测到的爆破振动是不同区域爆破所产生的振动通过不同路径传播到监测点的叠加,对整个网路爆破的延时要求应以造成最小叠加为基础。在现有普通雷管延时精确度不高的条件下,为了达到更好的降振效果,只有增大单爆之间的延时间隔。通过对前两次监测到的爆破振动数据分析发现,爆破振动主频和振动的能量主要分布在10～100Hz范围内,如表2所示。根据傅里叶逆变换,为了减少爆破振动的叠加,决定增大孔外小延时段别,采用MS4段雷管。2.5加大爆破振动,降低起爆点在基坑内爆破支撑与围檩时,爆破网路对爆破振动的影响是至关重要的。基坑内支撑与围檩爆破属于大面积爆破,主体爆破区域是支撑结构,而支撑又是通过围檩与地下挡土墙相连,因此先把支撑与地下墙部分隔断,即先爆破与挡土墙相连的围檩部分,后爆破支撑结构,使得支撑部分爆破所产生的振动波不能传递到地下挡土墙,或需要经过较长的运行路径才能传递到地下挡土墙,确保传递到地下挡土墙结构中的弹性波强度处于安全范围之内。基坑内爆破属于大面积爆破,因此在网路连接时采用的是串并联网路,对于支撑主体结构,并联网路较多,而并联网路相当于多点同时起爆,即一段起爆的总药量增加了,因此产生的爆破振动也相应的增加。为了降低爆破产生的振动,应在确保网路可靠起爆的基础上,尽量减少并联网路。基坑内四个拐角属于应力集中区,其抗振性能相对于地下挡土墙面来说是比较弱的,因此在何处设置起爆点是非常重要的问题。对比第1次和第3次同等距离、同等分区方案角落处监测数据发现(见表3),采用角落处为起爆点,爆破主区域所产生的振动在角落处的作用时间明显减少,各向振动峰值速度都有所降低。3基坑内围爆破根据上述分析,对于基坑内支撑与围檩爆破拆除,总结出如下经验:(1)爆破施工工艺:①在基坑内支撑与围檩浇筑时提前埋设炮孔;②爆破时应对围檩与地下挡土墙相衔接的钢筋进行预处理;③对围檩部分炮孔采用充水爆破;④下部在建基坑结构表面距离上部待爆破支撑与围檩底面1.1m以上,且爆破时应在结构表面覆盖毡布。(2)基坑内支撑与围檩的爆破,应当尽量减少爆破次数,在日供药量受限制的情况下,可选择方案2的分区方法,尽量减小爆破振动对结构的影响。(3)基坑内围檩爆