王軼君
摘要:項目引用我省某房地產(chǎn)開發(fā)項目,在深基坑開挖過程中,局部地層出現(xiàn)含氧化鐵膠結(jié)硅質(zhì)砂礫巖、紅砂巖等Ⅲa-Ⅳ類硬質(zhì)堅實巖體,外覆層砂加卵石層面節(jié)理發(fā)育、破碎,膠結(jié)礫巖粒徑變化大。深基坑周邊構(gòu)(建)筑物、道路等環(huán)境復(fù)雜,土體上覆蓋濕陷性黃土及耕植土等松軟層等不利條件,在現(xiàn)場先期采用膨脹劑破拆方案達(dá)不到預(yù)期效果的前提下,最終采用預(yù)裂淺孔松動爆破方案實施開挖。
爆破方案的選擇本著基坑邊坡穩(wěn)定、周邊構(gòu)(建)筑物無擾動及損傷、土方工程爆破后接近成型不超挖,降低堆積體大石率便于裝運及棄渣等原則,從安全、經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā),就方案比選、參數(shù)設(shè)計、安全管控、防危害措施等方面進(jìn)行了深入探討。
關(guān)鍵詞:深基坑? 礫巖? 爆破
中圖分類號:TD235
本項目爆破實施達(dá)到預(yù)期效果,從技術(shù)、安全、經(jīng)濟(jì)、進(jìn)度等方面得到開發(fā)商認(rèn)可。針對我省東南部地區(qū)(蘭州盆地及周邊)較為普遍的砂礫巖、紅砂巖地質(zhì)構(gòu)成,在深基礎(chǔ)、松散覆蓋、巖質(zhì)堅硬、機(jī)械開挖無法實施的地基困難條件下,采用鉆爆開挖方案總結(jié)了一定經(jīng)驗。
相信在今后乳化炸藥、水膠炸藥、高精度導(dǎo)爆管等新興的安全度更高、成本更低廉、定向更可靠的新材料、新工藝助推下,預(yù)裂爆破、松動爆破、光面爆破等技術(shù)會更加精益求精,在工程項目成本壓降方面提供更多可能。
項目背景及工程概況
1.1.工程概況
1.1.1建筑區(qū)域概述
我省某集中開發(fā)商品房住宅小區(qū),位于市高新開發(fā)區(qū)某規(guī)劃路南側(cè),總征地面積45畝,建設(shè)四幢一類高層住宅建筑,總建筑面積13.53萬平方米,地下3 層地上31層(南側(cè)兩幢29層),建筑高度97.65米。
1.1.2基礎(chǔ)形式
四幢高層住宅基礎(chǔ)整體大開挖,院內(nèi)負(fù)一層頂板覆土綠化,下部整體箱型基礎(chǔ)及院落地下室連通,地下面積3.2萬平方米,負(fù)一層為下沉式庭院、入戶坡道及部分商鋪,地下二至三層為人防工程、車庫及設(shè)備間?;紫鄬?biāo)高-13.61米。
1.1.3周邊建筑物概況
小區(qū)東側(cè)為已開發(fā)入住住宅小區(qū)與本案樓宇間距15米,西側(cè)為某部隊駐地訓(xùn)練基地風(fēng)雨操場及游泳館,與本案樓宇間距13米,北側(cè)緊鄰規(guī)劃路,南側(cè)為項目二期儲備用地,儲備用地為常年蔬菜耕植土體,散布有磚木結(jié)構(gòu)、磚混結(jié)構(gòu)二至四層棚戶搭建民居,結(jié)構(gòu)抗震能力不詳。
1.2本案背景
1.2.1 基坑開挖方案
基坑開挖采用環(huán)裝輕型井點降水,于場地東西兩側(cè)設(shè)置自卸車通道,分為三個開挖臺階自上而下分層進(jìn)行開挖,場地內(nèi)土石方車輛單向循環(huán)通行;為減少對場地東西兩側(cè)既有建筑物地基基礎(chǔ)擾動,基坑采取了陡邊坡錨噴支護(hù)的邊坡加固方式,隨挖隨支護(hù)[1]。
1.2.2 深基坑邊錨噴加固
錨桿施工采用高壓注漿工藝,桿體與孔壁之間均注滿漿,錨管頭采用連接加強(qiáng)筋焊接于鋼筋網(wǎng)上。噴射C20砼,厚度不少于100~120mm[2]。
1.2.3基坑開挖地質(zhì)情況概述
自地表至地下3.5米為耕植土,-3.5至-6.8米為新黃土,黃土陷穴時有出現(xiàn),-6.5米處開始出露砂加卵石覆蓋層,覆蓋物較為松散,屬河流沖擊砂加卵石地貌;基坑西南側(cè)局部-7.0至-7.4米基巖出露。
1.3 基巖巖性概述
出露基巖巖性為硅質(zhì)砂礫巖,礫石直徑35-275毫米,花崗巖、閃長巖等巖性,膠結(jié)硅質(zhì)呈鐵銹紅色?;鶐r表面風(fēng)化破碎,覆蓋河流沖擊性砂加卵石破碎層,基巖抗壓強(qiáng)度45 MPa~73MPa,Ⅲa-Ⅳ級,裂隙發(fā)育且粒徑較大。
1.4爆破方案選擇的原則和要求
1.4.1爆破施工須絕對保證巖體周邊土體穩(wěn)定,控制爆破震動強(qiáng)度,保證爆破沖擊不得擾動基坑邊坡,導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)甚至坍塌;爆破前對微差導(dǎo)爆段數(shù)進(jìn)行土力學(xué)復(fù)核,防止邊坡局部土體與基巖之間、土體與噴錨構(gòu)造之間產(chǎn)生“土壤液化”現(xiàn)象,形成“空穴”,為后期基礎(chǔ)施工過程邊坡失穩(wěn)埋下隱患;
1.4.2宜采用分段起爆,控制爆破強(qiáng)度,防止周邊建筑物基礎(chǔ)受沖擊波影響,受到?jīng)_擊報擾動或震動損傷;
1.4.3保證預(yù)裂爆破成型坡面符合基坑坡度設(shè)計要求??刂瞥@及排距等參數(shù),不留殘根、爛根等難以處理的遺留根腳問題,盡可能做到預(yù)裂爆破后邊坡基本成型,松動爆破后底板相對平整,減少后期施工中的土方修整工作量,節(jié)約工期和成本[3]。
1.4. 4保證爆破石方適當(dāng)破碎,便于現(xiàn)場清渣、清運,提高裝載及外運進(jìn)度,進(jìn)而加快基坑施工進(jìn)度。破碎度亦應(yīng)滿足棄渣場石渣填埋和回填綠化的環(huán)保要求,減少棄渣場二次破碎的費用支出。
1.4.5施工安全技術(shù)措施確保到位,現(xiàn)場統(tǒng)一指揮,安全責(zé)任制切實到位,保證現(xiàn)場施工人員安全,杜絕安全生產(chǎn)事故,妥善防護(hù),防止渣石飛濺對周邊人民群眾生命財產(chǎn)造成危害。
2? 爆破方案對比
2.1膨脹劑靜壓爆破
本項目首先采用靜壓爆破后,未達(dá)到預(yù)期效果。經(jīng)現(xiàn)場共同分析,一方面硅質(zhì)砂礫巖結(jié)晶不規(guī)則,潛孔鉆機(jī)鑿巖成孔速度慢,鉆孔時遇到大粒徑(220-300毫米)礫石結(jié)晶部位經(jīng)??ㄣ@或廢孔,且增加鉆孔周邊巖石擾動,裂隙進(jìn)一步發(fā)育,導(dǎo)致鉆孔周期長,勞動力及膨脹劑成本加大且難以估算;另一方面硅質(zhì)板結(jié)塊徑大,裝載機(jī)等裝運設(shè)備工作效率低下,同時膨脹劑對于出露部位巖石變形方向難以控制,局部實驗爆破后,清底過程中發(fā)現(xiàn)巖石大量殘根和爛根,巖盤下層臺階施鉆難度進(jìn)一步加大。導(dǎo)致巖石靜壓爆破效果差,不能滿足開發(fā)商要求的工期進(jìn)度。
2.2孤巖爆破開挖
孤巖爆破方案的提出是基于出露巖石位于整體基坑場地西南側(cè),硅質(zhì)膠結(jié)結(jié)晶致密且礫石形狀尖銳,與地勘報告中砂加卵石基層巖性有較大差異,與周邊以往建筑物持力層地勘情況比較,屬于基巖局部出露。在此基礎(chǔ)上認(rèn)定為孤巖后,擬采取整體爆破開挖的方式予以清除。爆破開挖是利用沖擊波和爆炸氣體直接粉碎巖體的方式,但沖擊波迅速演變?yōu)榈卣鸩ê蛻?yīng)力波(水平剪力)向四周傳播[4],不可避免的對基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)和周邊建筑物產(chǎn)生不利影響,對于周邊相對密集、復(fù)雜的已建成住宅小區(qū)、部隊游泳館、居民自建棚戶違建等構(gòu)筑物、人流車流較為繁忙的城市主干道和已基本成型的噴錨基坑支護(hù)等基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu),在安全性、穩(wěn)定性等方方面面均有可能產(chǎn)生不利影響和安全隱患。
2.3預(yù)裂爆破與主爆區(qū)淺孔松動爆破方案
2.3.1預(yù)裂爆破:
首先在基坑南側(cè)采用預(yù)裂爆破的形式形成向北的臨空面,避免前文所述整體爆破創(chuàng)造臨空面產(chǎn)生過大震動,對基坑錨噴支護(hù)結(jié)構(gòu)及周邊建筑產(chǎn)生沖擊和擾動。以淺孔、超鉆、加密孔距、不耦合裝藥等方式,實施第一段預(yù)裂爆破,以小藥量,微振動、低沖擊的方式將基巖與基坑邊坡之間先期形成破碎,降低主爆區(qū)炮孔爆破對邊坡巖體的沖擊。預(yù)裂爆破要求效果近似于光面爆破的方式初步形成成型邊坡(邊坡基本成型,防止超挖或二次刷坡)以降低后期土石方邊坡工作量。再者經(jīng)整體投入成本核算,在單方藥量消耗方面要求達(dá)到減少基巖對爆破巖體的夾制作用降低主爆區(qū)炮孔裝藥量。
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2.3.2淺孔松動爆破:
在預(yù)裂爆破的前提下,主爆區(qū)能夠有效控制裝藥量,將爆破計算參數(shù)由掏槽+周邊擴(kuò)孔相關(guān)參數(shù),調(diào)整為淺孔松動爆破裝藥量計算參數(shù)。為有效控制淺孔裝藥量及裝藥方式,進(jìn)一步采取微差起爆方式,降低地震波和沖擊波對既有建筑基礎(chǔ)及基坑邊坡的沖擊及損傷。
預(yù)裂爆破將爆破體與基坑壁適度脫離,形成新的臨空面,主爆區(qū)淺孔松動爆破對基坑南側(cè)坡積松散耕植土的坡度要求大幅降低,無需二次刷方減重調(diào)整邊坡坡度或增加土釘、噴錨工作量,并有效減少了后期基坑回填的土石方工作量,為樓盤整體工期保障創(chuàng)造條件;
采用淺孔松動爆破,炮孔數(shù)量雖大幅度增加,但炮孔直徑控制在50毫米左右,鉆孔深度(包括超鉆長度)控制在5米左右,相對于整體爆破方案中采用80毫米潛孔鉆機(jī),近7米深鉆孔施鉆的鉆爆模式,更加適應(yīng)基巖產(chǎn)狀及巖性,成孔率得以大幅度提高,爆破后形成殘根的可能性大幅度降低,基床完整性提高??讖娇s小,鉆孔工作可以多鉆機(jī)、多工作面平行展開,對整體爆破進(jìn)度加快具有優(yōu)勢和積極作用。誠然,預(yù)裂爆破成孔是方案成敗的關(guān)鍵。
采用淺孔松動爆破,爆破飛石可能性降到最低且飛石方向得以可控;爆破堆積物破碎度高,便于裝運和棄渣場二次覆蓋及綠化;開挖達(dá)到預(yù)定基底標(biāo)高后,最后臺階成型面可以增加光面爆破水平炮孔,較為精準(zhǔn)控制巖床平整度,為基礎(chǔ)筏板施工創(chuàng)造條件。
3? 爆破實施
3.1根據(jù)總進(jìn)度工期要求爆破組織設(shè)計論證,確定選用預(yù)裂淺孔松動爆破方案,整體分為三步驟實施爆破,具體爆破設(shè)計參數(shù)據(jù)實計算。
3.1.1主要爆破器材:火雷管、導(dǎo)火索、非電導(dǎo)爆管、非電導(dǎo)爆管雷管、2銨銻粉狀炸藥。
3.2主要爆破參數(shù)(計算過程略)
3.2.1主要爆破參數(shù)表
3.2.2主爆區(qū)松動爆破參數(shù)說明
主爆區(qū)裝藥結(jié)構(gòu):底部裝藥密度1.0㎏/㎡,散裝藥裝藥1.25㎏/m,裝藥長度1100㎜,裝藥量1.3㎏,堵塞砂黏土400㎜;上部裝藥密度900㎏/㎡,散裝藥裝藥1㎏/m,裝藥長度650㎜,裝藥量0.65㎏,炮孔采用鉆屑堵塞1250㎜。
炮孔堵塞長度大于30倍孔徑且大于計算最小抵抗線,裝藥結(jié)構(gòu)屬安全裝藥結(jié)構(gòu);
3.2.3緩沖孔(輔助孔)參數(shù)說明
緩沖孔裝藥結(jié)構(gòu):底部裝藥0.6㎏,裝藥長度800㎜,中間堵塞鉆屑400㎜;上部裝藥0.45㎏,裝藥長度600㎜,裝藥量0.65㎏,炮孔鉆屑堵塞1600㎜。
炮孔堵塞長度大于30倍孔徑且大于計算最小抵抗線,裝藥結(jié)構(gòu)屬安全裝藥結(jié)構(gòu);
3.2.4預(yù)裂爆破參數(shù)說明
以六段分段裝藥,均勻填裝,導(dǎo)爆索串聯(lián),砂黏土堵塞,堵塞深度1200㎜
3.2.5網(wǎng)絡(luò)連接
主炮孔同孔內(nèi)部分層裝藥采用同段位導(dǎo)爆管連結(jié),各排間采用毫秒微差導(dǎo)爆管連結(jié),主爆孔最大齊爆按照3孔控制,則最大齊爆藥量5.85㎏。
3.3 起爆順序及網(wǎng)絡(luò)連接分析
3.3.1主爆孔采用多排微差起爆,起爆方向平行于基坑南側(cè)坡面,大大減少對坡面防護(hù)的擠壓作用,減少甚至防止爆破后局部坍塌;
3.3.2 采用預(yù)裂爆破,將基巖與東側(cè)既有高層住宅基礎(chǔ)、西側(cè)部隊游泳館等營房地基之間創(chuàng)造臨空面,大大減少夾制作用產(chǎn)生的地震波水平荷載和沖擊波形成累積損傷,同時有效保障了基坑成型坡面,有利于后期成本控制;
3.3.3由于主爆孔爆破后,為緩沖孔清渣創(chuàng)造良好的臨空面,為輔助爆破定向創(chuàng)造條件,導(dǎo)致了主爆孔起爆后的堆積體進(jìn)一步破碎,為機(jī)械化連續(xù)清運創(chuàng)造便利條件。同時,輔助孔對預(yù)裂爆破坡面進(jìn)行了進(jìn)一步清理,減少了堆積體下部存在殘根等根腳的可能性,為基床平整提供良好作業(yè)面。
3.3.4微差爆破形成兩點有利條件,其一,前排爆破為后排爆破創(chuàng)造臨空面的同時,為后排炮孔定向起到引導(dǎo)作用,最終體現(xiàn)在成型基坑坡面超、欠挖方量的減少;其二,在單位時段內(nèi)降低震動沖擊荷載,多頻次松動爆破對硅質(zhì)砂礫巖破碎效果好,便于清運。同時也大大減少了較小粒徑礫石在夾制作用下形成飛石的條件[5];
3.3.5合理的間隔時間與起爆順序是使得先起爆的炮孔將其巖石負(fù)載破裂破碎,剝離并推移到一定微距,為后續(xù)起爆的炮孔創(chuàng)造新的臨空面,改變最小抵抗線的方向,而且,合理的時間間隔有利于前后炮孔巖石的碰撞與碾壓,有利于降低大塊率[6]。
4 爆破安全管理
4.1嚴(yán)格執(zhí)行國家《爆破安全規(guī)程》(GB6722)相關(guān)規(guī)定,嚴(yán)格執(zhí)行分級制度,按照難易及環(huán)境復(fù)雜程度分級相應(yīng)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計、審批、施工[7];
4.2 嚴(yán)格遴選爆破設(shè)計單位。承擔(dān)爆破設(shè)計單位應(yīng)持有市級及以上主管部門核發(fā)的設(shè)計證書,注冊法人單位經(jīng)營范圍必須包括爆破設(shè)計,有與爆破級別相適應(yīng)的規(guī)定數(shù)量、級別、范圍持有安全作業(yè)證書的技術(shù)人員,同時以往承擔(dān)類似項目業(yè)績亦應(yīng)納入遴選考量指標(biāo)。
4.3爆破設(shè)計管理
4.3.1爆破設(shè)計前應(yīng)對爆破區(qū)域進(jìn)行地形、地質(zhì)、周邊環(huán)境、周圍構(gòu)筑物進(jìn)行調(diào)查,對爆破拆除既有物及爆破委托要求經(jīng)行詳細(xì)摸排;
4.3.2分級別編制“爆破設(shè)計書”、“爆破說明書”,必須提供兩個以上爆破方案進(jìn)行可行性研究,論證技術(shù)可行性、經(jīng)濟(jì)合理性、安全可靠性,經(jīng)比對推薦最優(yōu)方案,并完成復(fù)核設(shè)計深度要求的設(shè)計文件[8]。
4.3.3爆破設(shè)計文件必須包括爆破區(qū)地形、地貌、地質(zhì)條件,被爆體結(jié)構(gòu)及爆破參數(shù)計算等關(guān)鍵設(shè)計指標(biāo),包括裝藥結(jié)構(gòu)圖、起爆網(wǎng)絡(luò)圖、防護(hù)設(shè)計圖等設(shè)計圖紙,包括鉆孔、裝藥、起爆、警戒、撤離、疏散、防護(hù)、排險、應(yīng)急等指揮、組織及器材購、運、貯、發(fā)、驗、繳各個環(huán)節(jié)安全管控的施工組織設(shè)計等幾部分關(guān)鍵內(nèi)容[9]。
4.3.4安全評估與審批。依據(jù)相應(yīng)爆破項目級別有相應(yīng)審批部門組織評估,予以審批。評估主要內(nèi)容應(yīng)包括1設(shè)計施工單位資質(zhì);2設(shè)計依據(jù)是否完整可靠;3設(shè)計文件完整性及設(shè)計參數(shù)合理性;4方案有害效應(yīng)的影響范圍預(yù)測及可靠保障環(huán)境安全的措施;5事故應(yīng)急預(yù)案的可行性[10]。
4.4爆破施工安全管理
4.4.1爆破施工必須依據(jù)已經(jīng)由相關(guān)審批、評估通過的《爆破施工組織設(shè)計》執(zhí)行。經(jīng)審批的爆破施工組織設(shè)計方案應(yīng)包含被爆體分析-炮孔鉆孔及驗收-裝藥操作-炮孔填塞-爆破警戒及信號確認(rèn)-爆后檢查-盲炮處理等關(guān)鍵環(huán)節(jié),用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工。
4.5預(yù)裂爆破的安全要求
本項目屬深基坑爆破,預(yù)裂爆破與主爆區(qū)淺孔爆破之間采用微差段位間隔,可以說預(yù)裂爆破是整個爆破項目安全實施的前提和關(guān)鍵。而不耦合裝藥方式的預(yù)裂爆破填裝是難度較大的環(huán)節(jié),也是安全實施的重中之重,填裝過程稍有不慎,即不能形成預(yù)裂縫和臨空面,致使主爆區(qū)爆破形成沖擊波直接作用在邊坡土體上,導(dǎo)致邊坡失穩(wěn)或周邊構(gòu)筑物基礎(chǔ)損傷,造成安全事故或形成安全隱患。
4.5.1預(yù)裂爆破應(yīng)當(dāng)采用緩沖孔、輔助孔,加密孔、緩沖孔、輔助孔裝藥必須嚴(yán)格遵照爆破設(shè)計。預(yù)裂爆破不耦合裝藥過程中應(yīng)采取相應(yīng)措施,本項目選用了訂制的塑料支架,確保藥包準(zhǔn)確就位,不滑落、不位移 。
4.5.2預(yù)裂爆破炮孔應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計要求填塞。如炮孔堵塞長度過短,堵塞阻力過小,就會導(dǎo)致爆炸產(chǎn)生氣體優(yōu)先發(fā)展炮孔堵塞方向的楔作用,抑制爆破巖石的發(fā)展方向,爆炸氣體自炮孔沖出,形成“放槍”效應(yīng),造成爆破失敗[11]。
5 有害效應(yīng)降低措施
5.1降低爆破地震波措施。嚴(yán)格控制最大單響裝藥量(總裝藥量相同,分段越多,地震波強(qiáng)度越?。?合理選擇微差間隔時間,減少爆破夾制作用;本案成功采取預(yù)裂爆破技術(shù),預(yù)裂縫有明顯減震作用;
5.2降低空氣沖擊波措施。保證合理的填塞長度、填塞質(zhì)量和采取反向起爆;使用微差非電導(dǎo)爆管雷管起爆;
5.3預(yù)防飛石措施。設(shè)計填裝藥包時避開軟夾層及裂隙;裝藥前認(rèn)真校核各個藥包的最小抵抗線,嚴(yán)禁超裝藥量;炮孔的填塞質(zhì)量應(yīng)逐個檢查;
5.4具體選取的爆體覆蓋防護(hù)措施:首先在炮孔上方覆蓋兩層捆扎整齊的秸稈緩沖物;秸稈上方覆蓋兩層竹架板,竹架板用8號鐵絲連結(jié);在覆蓋物上方,預(yù)裂爆破炮孔上方及坡腳部位增加編織袋裝填的沙包進(jìn)行適當(dāng)加固;整體覆蓋完成后采用雙層密目網(wǎng)全場覆蓋,防止個別飛石[12]。
5.5拒爆盲炮處理。盲炮是爆破作業(yè)中的常見情況,隨著鉆、爆設(shè)備和器材精度日益提高,拒爆現(xiàn)象逐年減少,但不可掉以輕心,必須按照規(guī)程安全操作。例如最基礎(chǔ)的處置方式,必須按照水浸濕沖洗炮孔及藥卷-逐個取出并清點殘藥卷-水槍沖洗炮孔-吹風(fēng)管處理炮孔的步驟嚴(yán)格操作。
6結(jié)束語
經(jīng)兩循環(huán)周期爆破施工,基坑開挖至設(shè)計標(biāo)高?,F(xiàn)場清渣后,邊坡預(yù)裂爆破開挖符合甚至優(yōu)于設(shè)計預(yù)期效果,半炮眼率接近70%,爆破側(cè)邊坡穩(wěn)定且基本達(dá)到成型條件。
基坑底部根腳巖石較多與礫巖施鉆難度大、設(shè)計藥量保守、基巖下層膠結(jié)硬度大有關(guān)。
基坑清底后,紅砂礫巖基巖出露近四千平方米,實際推翻了原地勘單位“孤石”錯誤結(jié)論,基巖巖性與砂金坪、桑園子、夏官營一帶大面積出露巖床地質(zhì)構(gòu)成相符。
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