付虎成

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

隨著材料工程的不斷進(jìn)步，靜態(tài)爆破技術(shù)在礦山開發(fā)、隧道水利建設(shè)等領(lǐng)域有了較為廣泛的應(yīng)用，但其在常規(guī)民用建筑中卻鮮有使用。究其原因，一是普通民用建筑很少有較大體量的混凝土構(gòu)件拆除，二是民用建筑拆除的混凝土構(gòu)件大多是配筋混凝土，靜態(tài)爆破很難將混凝土中的鋼筋剝離。

然而當(dāng)前城市地下空間的開發(fā)正向著大規(guī)模、大深度方向發(fā)展，由此帶來的基坑圍護(hù)體系也越來越復(fù)雜，特別是環(huán)境保護(hù)要求高的群坑圍護(hù)體系中存在大量混凝土地下連續(xù)墻（基坑中隔墻）需拆除。但是受制于施工作業(yè)、周邊環(huán)境保護(hù)、安全文明施工等限制，傳統(tǒng)人工或機(jī)械拆除很難滿足現(xiàn)場施工需求，而對于建筑功能復(fù)雜、拆除運(yùn)輸環(huán)境狹小的空間結(jié)構(gòu)，靜力切割技術(shù)也存在應(yīng)用局限，傳統(tǒng)施工中只能依賴工效低下的人工打鑿來慢慢啃下這塊“硬骨頭”。

考慮到靜態(tài)爆破技術(shù)在安全及文明施工方面的突出優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合工程實(shí)際，通過優(yōu)化破碎劑水灰比、爆破孔設(shè)置方式等成功實(shí)現(xiàn)了混凝土中隔墻在帶配筋情況下的靜態(tài)爆破拆除。其對環(huán)境保護(hù)、安全文明施工要求高的復(fù)雜深基坑鋼筋混凝土圍護(hù)構(gòu)件、塔吊混凝土承臺基礎(chǔ)等的拆除有良好的應(yīng)用價(jià)值[1-8]。

1 工程概況

上音歌劇院工程為上海市重大工程之一，北靠淮海中路，東臨汾陽路，地處上海核心商業(yè)區(qū)，周邊道路繁忙，路下市政管線密集，周邊環(huán)境極其復(fù)雜。其中：基坑北側(cè)緊鄰運(yùn)營中的軌交1號線區(qū)間隧道，與本工程地下連續(xù)墻邊最小距離8.2 m；基坑西側(cè)緊鄰優(yōu)秀歷史保護(hù)建筑“霞飛路住宅”，其與本工程基坑邊最小距離7.2 m；基坑南側(cè)與上海音樂學(xué)院南教學(xué)樓地下室連通（圖1）。

圖1 基坑概況

項(xiàng)目占地面積約9 200 m2，基坑開挖面積約6 600 m2，地下3層，地上5層，坑底標(biāo)高－14.90 m，與軌交1號線區(qū)間隧道管片中線基本相平。為減少施工對周邊環(huán)境特別是軌交運(yùn)行的影響，整個(gè)基坑先后被厚0.8、1.0 m的混凝土地下連續(xù)墻分成5個(gè)區(qū)域，按先后順序依次施工，力求將基坑變形風(fēng)險(xiǎn)降到最低。此外，由于項(xiàng)目特殊的地理位置，其安全文明施工標(biāo)準(zhǔn)極高，施工過程中需盡可能降低施工揚(yáng)塵及噪聲。

基于上述原因，整個(gè)基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)拆除不得采用傳統(tǒng)的機(jī)械鑿除形式，同時(shí)由于本工程建筑結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜，基坑分坑中隔墻部位的作業(yè)空間及運(yùn)輸環(huán)境受限，靜力切割技術(shù)也存在無法應(yīng)用的情況，人工打鑿工效又極低，因此，考慮采用靜態(tài)爆破技術(shù)對基坑配筋混凝土中隔墻進(jìn)行拆除。

2 靜態(tài)爆破破碎原理及特點(diǎn)應(yīng)用

2.1 靜態(tài)爆破破碎原理

混凝土靜態(tài)爆破又可以稱為混凝土靜態(tài)膨脹破碎，是通過破碎劑的水化反應(yīng)將混凝土構(gòu)件脹碎破除的技術(shù)。破碎劑是以氧化鈣為主體的無機(jī)鹽類化合物，摻入適量外加劑制成的經(jīng)水化反應(yīng)而具有高膨脹性能（24 h膨脹壓可達(dá)30～55 MPa，遠(yuǎn)大于混凝土抗拉強(qiáng)度）的非爆破性破碎用粉狀材料，也可稱為無聲破碎劑（SCA）。

在實(shí)際運(yùn)用中，首先在待拆除的混凝土中隔墻頂端打設(shè)排孔，清孔后在排孔中填灌調(diào)配好的破碎劑，在混凝土整體脹裂破碎后，將混凝土碎塊清運(yùn)，同時(shí)將中隔墻鋼筋割除。

2.2 靜態(tài)爆破工藝特點(diǎn)

1）靜態(tài)爆破技術(shù)適用于拆除作業(yè)、運(yùn)輸條件受限，環(huán)境保護(hù)、安全文明施工等要求高的深基坑中隔墻拆除難題，它不僅實(shí)現(xiàn)了配筋混凝土中隔墻高效拆除，同時(shí)避免了傳統(tǒng)機(jī)械拆除帶來的振動(dòng)、噪聲、環(huán)境污染問題，尤其適用于中心城區(qū)緊鄰地鐵及保護(hù)建筑深基坑施工和高標(biāo)準(zhǔn)文明施工作業(yè)要求。

2）通過采用爆破劑爆破中隔墻混凝土構(gòu)件，可大大提高混凝土破碎拆除效率，較傳統(tǒng)人工風(fēng)鎬鑿除作業(yè)提高工效50%以上，較傳統(tǒng)人工空壓機(jī)打鑿可降低人工消耗60%以上，較機(jī)械鎬頭機(jī)拆除，每立方米混凝土可節(jié)省成本30%左右。

3）由于對混凝土的爆破為靜態(tài)爆破，應(yīng)力釋放平緩、不會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)和飛石等現(xiàn)象，整個(gè)施工作業(yè)不會(huì)對周圍帶來任何不安全影響，施工安全、易于控制。

4）施工中使用的爆破劑為鈣、鎂、鋁等無機(jī)鹽類材料，材料本身及水化反應(yīng)過程不燃、不爆、不產(chǎn)生有毒物質(zhì)，在節(jié)能環(huán)保方面效果顯著。

2.3 靜態(tài)爆破創(chuàng)新應(yīng)用

靜態(tài)爆破技術(shù)通常用于礦山或隧道水利工程中大型巖體的破碎，在常規(guī)民建工程中因其混凝土構(gòu)件大多是配筋混凝土，靜態(tài)爆破效果不甚理想，因此應(yīng)用較少。上音歌劇院工程基坑緊鄰軌交區(qū)間隧道，周邊環(huán)境較為復(fù)雜，常規(guī)基坑中隔墻拆除措施應(yīng)用受限，為此我們通過優(yōu)化靜態(tài)爆破中破碎劑的水灰比及爆破孔的設(shè)置方式，成功實(shí)現(xiàn)了混凝土中隔墻帶配筋情況下的爆破拆除。

1）考慮到上海地區(qū)基坑地下室潮濕的作業(yè)環(huán)境，我們通過減小破碎劑水灰比的方式增大膨脹壓力，提高爆破效率。經(jīng)過多次現(xiàn)場試驗(yàn)，當(dāng)水灰比（質(zhì)量比）在1∶4時(shí)，其膨脹效果顯著。

2）帶配筋混凝土構(gòu)件靜態(tài)爆破成敗的關(guān)鍵在于爆破孔的設(shè)置方式。經(jīng)實(shí)踐，在構(gòu)件主筋平行和垂直方向均設(shè)置爆破孔（圖2），可有效將混凝土構(gòu)件與主筋剝離。

圖2 爆破孔設(shè)置方式

3 靜態(tài)爆破施工工藝流程及操作要點(diǎn)

3.1 施工工藝流程

搭設(shè)施工操作架→鉆排孔→清孔→破碎劑調(diào)配→破碎劑灌孔→養(yǎng)護(hù)→二次破碎及鋼筋割除→清理外運(yùn)

3.2 操作要點(diǎn)

3.2.1 施工操作架搭設(shè)及待爆破混凝土構(gòu)件檢查

1）首先根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況搭設(shè)合適的施工操作平臺，操作平臺應(yīng)與待爆破構(gòu)件間預(yù)留不小于0.3 m間隙，防止破碎的混凝土與操作平臺發(fā)生碰撞。

2）操作平臺搭設(shè)完成后，應(yīng)結(jié)合圍護(hù)圖紙對待爆破混凝土中隔墻的配筋形式進(jìn)行復(fù)核并對中隔墻及周邊環(huán)境進(jìn)行施工前檢查，排除安全隱患。

3.2.2 排孔設(shè)置及清孔要點(diǎn)

1）豎向排孔設(shè)計(jì)宜沿混凝土中隔墻的長向進(jìn)行設(shè)置（圖3），取孔徑38～42 mm為宜，孔距宜為300 mm，排距宜為300～400 mm，常規(guī)混凝土中隔墻設(shè)置2排排孔，單次爆破高度（H）不宜超過600 mm，鉆孔深度一般不宜小于0.9H。

2）豎向鉆孔過程中盡可能鉆垂直孔，以方便進(jìn)行破碎劑灌注。

3）水平向排孔縱向間距同豎向排孔間距，沿單次爆破高度（600 mm）宜設(shè)置2排。

4）對于水平向排孔，為保證爆破劑填灌的密實(shí)度，應(yīng)傾斜打孔且確保與豎向排孔的夾角大于60°，以增強(qiáng)破碎效果。

5）鉆孔完成后使用吸塵器進(jìn)行清孔，并注意防止揚(yáng)塵，清孔完成后如不立即灌孔，應(yīng)對孔口采取適當(dāng)臨時(shí)封堵措施。

3.2.3 破碎劑調(diào)配及灌孔要點(diǎn)

1）正常情況下破碎劑只需加水調(diào)配即可，但是由于破碎劑的膨脹壓隨水灰比增大而減小，流動(dòng)性隨水灰比的增大而增大，考慮到上海地區(qū)基坑地下室潮濕的作業(yè)環(huán)境，經(jīng)過多次現(xiàn)場試驗(yàn)，當(dāng)水灰比（質(zhì)量比）在1∶4時(shí)，其膨脹效果顯著。

2）由于破碎劑的膨脹效果受環(huán)境溫度影響較大，環(huán)境溫度越高，破碎劑水化反應(yīng)越快，膨脹壓越大，因此可根據(jù)環(huán)境溫度選擇相應(yīng)的破碎劑型號，如表1所示。

表1 破碎劑使用溫度條件

3）常規(guī)工況下，SCA-Ⅱ型破碎劑可滿足大多數(shù)工程需要，同一破碎劑在環(huán)境溫度較高時(shí)可適當(dāng)增大水灰比，低溫條件下可減小水灰比。

4）破碎劑在調(diào)配時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程用量，隨調(diào)隨用。拌制時(shí)先將定量的水倒入塑料容器中，再緩慢加入破碎劑，并使用電動(dòng)攪拌機(jī)均勻拌制成具有一定流動(dòng)性的漿液，拌制時(shí)間一般為1 min，調(diào)配好的破碎劑漿液應(yīng)在10 min內(nèi)灌入打好的排孔中。

5）破碎劑灌孔前應(yīng)再次檢查排孔，孔內(nèi)不得有水及雜物，灌漿應(yīng)由四周向中央或由爆破側(cè)向遠(yuǎn)離爆破側(cè)進(jìn)行，可使用漏斗等工具輔助填灌，灌漿完成后可使用木棒插搗確保密實(shí)。為減少破碎劑不必要的浪費(fèi)，灌漿完成面高度宜低于孔口20 mm。

3.2.4 破碎劑養(yǎng)護(hù)

1）當(dāng)施工環(huán)境溫度大于10 ℃時(shí)，在自然條件下養(yǎng)護(hù)即可，但應(yīng)避免淋雨或陽光暴曬，混凝土出現(xiàn)裂縫后可適當(dāng)灑水灌縫以加速破碎劑水化膨脹。

2）當(dāng)施工環(huán)境溫度小于10 ℃時(shí)，可使用溫水（40 ℃左右）進(jìn)行拌制，灌孔完成后覆蓋麻袋或毛氈布進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

3）破碎劑水化反應(yīng)膨脹壓力前24 h增長速率最大，可接近最大膨脹壓力的80%，后續(xù)壓力仍可繼續(xù)增長，但速率變慢。因此在施工流水搭接上，可選擇第1天上午打孔填灌破碎劑，養(yǎng)護(hù)至第2天上午，混凝土基本可達(dá)到預(yù)期的開裂破碎效果（圖3）。

圖3 混凝土中隔墻靜態(tài)爆破效果

3.2.5 二次破碎

1）當(dāng)出現(xiàn)混凝土碎塊過大，單靠人力很難清運(yùn)時(shí)，可輔助風(fēng)鎬或沖擊鉆進(jìn)行二次破碎。

2）當(dāng)爆破鋼筋密集區(qū)時(shí)，可在密集鋼筋內(nèi)側(cè)鉆小間距排孔，先把混凝土保護(hù)層脹裂，鋼筋暴露后采用手持切割機(jī)或氣焊切割外露的鋼筋，鋼筋約束解除后再進(jìn)行二次爆破。

4 質(zhì)量安全控制要求

4.1 質(zhì)量控制要求

1）由于破碎劑的水化反應(yīng)受溫度影響較大，溫度越高水化反應(yīng)越快，反之越慢，因此在低溫環(huán)境下作業(yè)時(shí)應(yīng)及時(shí)在灌孔完畢后立即采取相應(yīng)的保溫措施，必要時(shí)提高拌和水溫度。

2）在夏季或高溫潮濕環(huán)境下作業(yè)時(shí)，應(yīng)注意破碎劑的防潮和降溫，避免暴曬或低溫存放。

3）破碎劑完全反應(yīng)時(shí)間一般不小于48 h，考慮到施工現(xiàn)場實(shí)際工期需要，可以通過調(diào)節(jié)破碎劑水灰比、拌和水溫、灑水灌縫、保溫養(yǎng)護(hù)等手段加速破碎劑水化反應(yīng)，將有效反應(yīng)時(shí)間控制在12 h左右。

4）現(xiàn)場排孔盡量垂直鉆孔且在一條直線上排布，孔徑不宜過大，以40 mm左右為宜。

5）為保證靜態(tài)爆破效果，在滿足破碎劑灌孔流動(dòng)性的前提下，盡量減小水灰比，以保證填灌密實(shí)度，必要時(shí)使用木棒進(jìn)行插搗。

6）靜態(tài)爆破前，施工作業(yè)人員應(yīng)合理計(jì)算破碎劑用量及各個(gè)工序間的流水搭接，做到“隨用隨拌、隨拌隨灌、隨灌隨養(yǎng)護(hù)”。

7）單次靜態(tài)爆破作業(yè)，破碎劑包裝打開后應(yīng)盡量一次性使用完，避免因高溫受潮使破碎劑失效。

4.2 施工作業(yè)安全措施

1）靜態(tài)爆破作業(yè)時(shí)，施工現(xiàn)場應(yīng)拉好警戒線，配備專職安全員，并對作業(yè)人員進(jìn)行專項(xiàng)安全技術(shù)交底。

2）調(diào)配破碎劑及灌孔時(shí)，施工作業(yè)人員必須佩戴必要的安全防護(hù)設(shè)施，如防腐橡膠手套、防塵耐沖擊護(hù)目鏡、防塵口罩等。

3）破碎劑灌孔作業(yè)時(shí)，施工人員頭部應(yīng)偏離孔口正上方，灌孔完成后6 h以內(nèi)，嚴(yán)禁從正上方直視孔口，防止破碎劑噴孔飛濺。

5 結(jié)語

通過合理優(yōu)化爆破劑水灰比，因地制宜設(shè)置爆破排孔等措施，很好地發(fā)揮了靜態(tài)爆破技術(shù)在配筋混凝土拆除中的應(yīng)用潛力，為基坑混凝土圍護(hù)體系、塔吊混凝土承臺等大型混凝土構(gòu)件的拆除提供了新的更為安全的可行性措施。

實(shí)踐證明，與傳統(tǒng)人工打鑿相比，靜態(tài)爆破技術(shù)可節(jié)約工期近50%，成本低近30%。同時(shí)，靜態(tài)爆破技術(shù)實(shí)現(xiàn)了場地空間受限、周邊環(huán)境保護(hù)等級高等工況下圍護(hù)結(jié)構(gòu)安全無聲拆除的目標(biāo)，滿足了中心城區(qū)復(fù)雜環(huán)境下深基坑的施工要求。在現(xiàn)場實(shí)施過程中有效避免了傳統(tǒng)機(jī)械或人工打鑿帶來的噪聲、揚(yáng)塵等環(huán)境污染問題，安全文明施工標(biāo)準(zhǔn)極大提高，社會(huì)效益較為明顯。