钢筋混凝土支撑爆破拆除施工工法

1.前言

围护桩加钢筋混凝土内支撑的深基坑支护方式，凭借其稳定性的优点，在很多深度较深、周边环境安全要求较高的工程中被普遍应用。在钢筋混凝土内支撑拆除时，采用的拆除方式有机械配合人工拆除、一次性爆破拆除、静力爆破拆除等，目前常规的拆除方法是先行施工地下结构，完成换撑后进行本层支撑拆除，这种拆除方式在底板或楼板混凝土浇筑完成到支撑拆除清渣结束前这段时间内，施工人员只能停滞，等待作业面，期间会形成较长时间的技术间歇，影响了地下结构的施工速度，造成施工人员窝工，同时也延长了支护体系的使用时间，增加了基坑坍塌的危险性。因此如果能够解决拆撑技术间歇和爆破对周边环境的影响，将会大大加快施工进度，避免人员窝工。

公司对承建的几个深基坑工程开展科技创新研究，从支撑设计、支撑安全、拆撑设计、爆破控制等方面均进行了认真研究，形成了深基坑钢筋混凝土内支撑分段拆除施工工法。

关键技术已经通过了山东省住房和城乡建设厅组织的科学技术成果鉴定，达到了国内领先水平，该工法已通过了山东省省级工法评审，其所应用的几个工程，均收到了良好的经济效益和社会效益。

2.工法特点

该工法有使用方便、便于操作的特点，与传统施工方法相比较，有以下优点：

2.1 能解决狭小施工现场，材料工具堆放困难的问题。

2.2 分段拆除支撑，分段组织施工，形成了横向流水施工，加快了施工进度，缩短了施工工期。

2.3 优化爆破网络，确保每次爆破一次性成功，减少哑炮出现概率，确保爆破安全。

2.4 解决了因支撑爆破造成的施工人员窝工的问题。

2.5 通过药量及爆破时间调整，对爆破震动速度及爆破延迟时间进行控制，减小了爆破对周边建筑的影响。

2.6 根据现场周边环境不同，酌情采用双层防护，确保了飞石不对周边环境造成影响。

2.7节约周转材料，减少资源浪费。

3.适用范围

本工法适用于基坑支护采用钢筋混凝土内支撑体系的工程，特别是对于长方形的基坑，使用效果更好。

4.工艺原理

根据钢筋混凝土内支撑支护体系受力的大小，采用空间有限元法计算，划分拆撑施工段数，使围护桩充分发挥其支护作用，再根据支撑体系的实际混凝土体积及强度等级，控制好各点的爆破烈度、爆破时间和爆破顺序，采用小剂量分段延时爆破技术，达到预期设想的支撑体系中钢筋与混凝土完全分离的效果，基坑安全得到保障，飞石等次生危险控制在基坑范围之内。

该工法的主要施工过程包括：

1、土方开挖之前，根据支撑体系施工图划分流水施工段；

2、根据支撑梁大小及支撑梁混凝土强度等级、钢筋配筋率确定爆破孔深和孔距；

3、支撑梁混凝土浇筑时放置炮孔或后期打孔 ；

4、结构底板或楼板混凝土浇筑之后，预先按照原设计的施工段将爆破区域及非爆区域之间断开，预先释放支撑内力；

5、防护搭设、清孔、装药、炮孔封堵、起爆网络连线、起爆、垃圾清理、结构施工等工作。

5.施工工艺流程及操作要点

5.1 施工工艺流程

支撑施工预埋孔→持续基坑监测→浇筑混凝土底板及传力带→利用空间有限元分析→确定分段数→断开需爆破拆除和暂不拆除的部位→爆破防护架搭设→确定药量、装药、填塞、网络引线、爆破（加密监测）、清理垃圾→施工该区域结构→爆破拆除其他区域内支撑→施工该区域结构→基坑监测。如图5.1。

5.2 操作要点

5.2.1 支撑施工时预埋孔或后期钻孔

炮孔成孔方式有两种：一是采用预埋孔，即在支撑浇捣时插入PVC管，爆破前清孔，不合格的进行补孔；另外一种是在支撑爆破前人工打孔（见图5.2.1）。前者施工进度快、不影响基坑内其他施工作业等优点，故已在支撑爆破作业中广泛推广，布孔时采用梅花形布孔。

5.2.2 基坑监测

监测和现场巡视检查，确定基坑支护结构的围护桩及支撑体系处于正常状态，见图5.2.2。

全过程监测基坑及周边环境的变化情况。爆破前及时测量各施工阶段主要工序引起的动态数值，并与支撑内力设计值、报警值比较，及时反馈指导拆换撑施工。

1、主要的监测内容参见表5.2.2。

表5.2.5 监测项目表

2、测点布置按照《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009规定执行。

3、可根据施工条件、作业进度和变形情况增加或减少观测次数，随时将监测信息报告给现场技术人员，监测报警值应根据土质特征、设计结果及当地经验等因素确定。

5.2.3 浇筑混凝土结构及传力带

1、底板及传力带

在基础底板和围护桩挡墙之间设置传力带，底板传力带可采用素混凝土或钢筋混凝土浇筑而成，混凝土强度等级不低于C20。当传力带不采用连续混凝土带支撑时，可采用钢支撑或钢筋混凝土梁代替。根据换撑传力要求设定传力带混凝土厚度，底板厚度超过传力带的部分用砂石或土回填（见图5.2.3-1）。底板传力带的混凝土强度达到设计强度80%后，方可开始爆破拆除支撑。

2、楼板及传力带

1）楼板换撑采用钢筋混凝土板带，传力带顶标高同地下结构楼板标高，以利于基坑侧壁所受水平力的合理传递，施工中与结构楼板同步浇筑。

2）换撑板带应间隔设置洞口，以作为后续施工时的人员及材料运输通道。洞口大小根据实际作业要求调整。

5.2.4 利用空间有限元分析

根据现场检测数据进行三维模拟工况分析（见图5.2.4）支撑体系在未断之前的受力情况，确定分段工况下基坑的安全性。

5.2.5 确定施工段数

根据受力分析的结果，结合支撑本身的实际，拆撑顺序应与理论分析工况保持一致。对于长度较大的支撑，爆破拆除顺序应先进行角撑，再进行对撑（如图5.2.5-1），以保证受力均衡，平衡释放内力；对于基坑长度不大，且支撑实际受力较小的基坑，可分两段爆破拆除（如图5.2.2-1.2）。

5.2.6 断开需爆破拆除和暂不拆除的部位

进行爆破拆除之前，人工配合机械将支撑梁预先切断，以减少因支撑爆破造成的未爆破支撑梁内力突变，见图5.2.6。

5.2.7 搭设防护爆破防护架

根据《爆破安全规程》规定在城市控制爆破梁或柱时飞石的飞散距离按式5.2.7计算：

Rf=70q0.53 (式5.2.7 )

式中：Rf：飞石在无阻挡情况下的最大飞散距离，m；q—炸药单耗

飞石安全防护是控制爆破中的关键工序，必须从严要求，认真检查验收，防护搭设不合格禁止爆破。采用脱离防护来防止飞石飞散。

1、防护棚顶部：

用φ48钢管做支撑骨架，支撑面必须距离爆体2.5m以上，支撑面钢管的纵横间距为0.6m×1.5m，钢管之间用扣件连接牢固；在支撑顶部骨架上铺设两层竹笆，在竹笆上再铺设一层密目网，密目网上方用井字型钢管压牢，压杆须在下部纵横钢管骨架之间，钢管间的纵

横距离为0.6m×1.5m，纵横钢管必须用扣件连接在支撑立杆钢管骨架上，以保证防护棚的牢固性。如图5.2.7-1

2、防护棚侧部

侧向防护棚距离支撑梁外侧2.0m以上，侧面钢管骨架的横纵间距为0.5m×2.0m，横道钢管应放在内侧；两层竹篱笆挂在钢管骨架内侧，并用铁丝加以绑扎，下部竹笆距离爆体下口0.5m即可，以利于卸力，在钢管骨架外侧挂密目网；在下部扫地杆1m的位置应和钢立柱连成一体。如图5.2.7-2。

3、在侧部围檩爆破处，侧部防护棚距离爆体2.5m以上。如图5.2.7-3

4、支撑骨架内部距离要求：

一般支撑内部钢管纵横间距为3m×3m，在特殊区域可具体情况而定（可用斜拉支撑来加固）。

防护架搭设见图5.2.7-4

5.2.8爆破参数选择与装药量计算

1、炸药单耗的选择:

炸药单耗与爆体混凝土强度等级、主筋规格及数量、箍筋规格及间距、爆体临空面状况、爆体所处的位置等有密切的关系。一般情况下支撑及连梁直线段等取600～800g/m3，围檩（腰梁）及环梁和节点处取1000～1250g/m3，可获得较为满意的爆破效果。

炸药单耗确定之后，单孔药量按式5.2.8-1计算

q=kv （式5.2.8-1）

式中：q—单孔装药量，kg；k—炸药单耗，kg/m3；

2、布孔设计：

布孔设计包括排间距和孔深两部分设计。两者的设计必须依据钻孔孔径的大小、炸药的品种以及爆体的结构强度等相关参数。爆破支撑工程中采用孔径φ40mm的炮孔，直径φ32mm的乳化炸药，单排孔孔距为40cm，多排孔孔距为100cm（节点部位孔距30～40cm），排距20～30cm，周边抵抗线w取20～30cm。见图5.2.8-1～5.2.8-６。

综上所述：

1）平均布孔数约为每立方米5孔；

2）布孔所占体积小于爆体总体积的5%，任一截面所占面积小于爆体截面的8%；

5.2.9 装药

孔内采用连续装药结构，药包位于炮孔底部，起爆雷管位于装药全长下部的1/3-1/2处，如图5.2.9所示：

5.2.10 填塞

填塞材料一般采用带有部分粘土的黄沙，也可采用现场合适的填塞材料，分层装入，分层用木棍捣实，确保填塞质量和填塞长度。如图5.2.8-2所示：

5.2.11 网路设计

1、设计原则：

1）采用孔内高段位非电雷管起爆、孔外低段位非电雷管传爆的网路，以保证起爆网路的安全、可靠，保证一响到底，防止先爆部分的飞石损伤传爆网路。

2）采用孔外毫秒微差延期网路，严格控制单段齐爆药量，以有效地控制爆破震动。

3）起爆主线和支线应基本上同步前行，以免损坏邻近的传爆网路。

4）主线和支线的延期分段应精心计算、精心布设，避免重段或爆破震动的迭加。

5）网路主线采用双雷管传爆，以提高网路的可靠性。

2 网路设计：爆破网路采用孔外毫秒延时传爆网路，网路主线采用双雷管传爆。

网路设计如下：

1）支撑网路设计：孔内采用HS-4段非电雷管，孔外采用MS-3段非电雷管，一般8～10孔一段位。

2）腰梁、环梁、支撑节点网路设计：孔内采用HS-4段非电雷管，孔外采用MS-3段非电雷管，一般6～8孔一段位。

5.2.12爆破

爆破过程很短暂，一般在5秒钟之内即可完成，见图5.2.12。

5.2.13 震动监测

监测仪器进行60分钟的振动监测，在爆破现场布设多台检测仪，每台仪器自动启动并记录下监测时间段内所产生的振动数据，后将所有振动记录的原始数据输入到电子计算机中，经过整理得到各监测点的振动波形。详细图形参见图5.2.13-1。

经电子计算机分析处理，计算出各监测点的振动速度。各监测点的振动速度和与测点有关的参数见振动监测各个观测点位速度值表。

表5.2.13 各监测的最大速度值

经电子计算机使用快速富氏分析处理，得到振动频谱图。

5.2.14.清渣、防护架拆除，见图5.2.14。

5.3 施工该区段结构

应充分考虑时空效应对基坑支护结构位移的影响，拆撑后区段内的地下结构应连续施

工，尽快完成。见图5.3

6.材料与设备

本工法采用的材料及设备见表6。

表6 机具设备表

7.质量控制

7.1 质量控制标准

传力带及换撑板带、围檩施工质量执行《混凝土工程施工质量验收规范》（50204-2002）；《爆破施工规范》DLT5135-2001；《极不敏感引爆物质的雷管试验方法》GBT 21575-2008；

7.2 工法在现行标准中未规定的质量要求

在现行质量标准中，没有明确支撑分段爆破所需达到的标准，采用本工法需保证基坑安全，做好爆体的防护，支撑梁爆破后钢筋与混凝土完全分离，爆破后加快地下室施工进度，尽早完成基坑回填。

7.3 质量保证措施

7.3.1 建立质量及安全专门组织机构，实施命令管理，建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。

7.3.2 分段爆破拆除应严格按照既定的爆破顺序进行，严禁扩大爆破拆除的范围。

7.3.3 分段爆破时严格控制装药量。

7.3.4 底板传力带达到设计要求的强度后方可切断支撑，严禁提前断开支撑。

7.3.5 分段爆破拆除期间，加强仪器监测和巡视检查，密切关注基坑变化，必要时可在地下室外墙与围护墙之间进行填充。

7.3.6 合理组织流水施工，缩短拆换撑时间。

8.安全措施

8.1 安全控制标准及依据

中华人民共和国安全生产法，山东省安全生产管理条例；爆破安全规程GB6722-2003；安全生产管理制度、《拆除爆破安全规程》(GBl3533－92)、《土方与爆破工程施工及验收规范》(GBJ201－83)等。

8.2 安全措施及安全预警事项

8.2.1 爆破作业的安全评估及对策措施

爆破安全距离的计算依据周边环境、爆体结构以及相应的经济技术指标，需重点考虑爆破对周边环境的影响。

8.2.2 爆破震动速度的控制

根据国家爆破规程中对建(构)筑物的安全要求，主要是控制被保护建(构)筑物的振速，允许的安全振速为2cm/s。振动速度按式8.2.2计算

V=K×(Q1/3/R) （式8.2.2）

式中：R—爆破震动安全距离，R取60 m；

Q—单响药量，kg。

K、-与爆破地形、地质条件有关的系数或衰减指数。

8.2.3冲击波的影响

由于支撑爆破单响药量较小，而且爆破作业处于地表以下，故冲击波的影响可忽略。

8.2.4 爆破对基坑内建（构）筑物的安全影响的控制

支撑爆破拆除作业对周边环境的影响，主要表现形式为飞石的撞击。应使待爆支撑下口与大底板相距1.5m以上，避免发生因撞击而产生浅部碎裂或延伸裂缝的事故。由于支撑爆破时飞石主要是向两侧水平飞散，因此对相距较近的立柱模板、不允许弯曲的竖筋等，采用竹笆等材料予以围护。当支撑下口与大底板相距0.5m以内时，或大底板、立柱为光面混凝土（不再进行粉饰）时，宜在底板或立柱四周采用竹笆或模板进行覆盖、围挡，以防飞石撞击引起伤痕，影响外观质量。当支撑与顶板几乎相互接触时，可采用龟裂松动爆破（放入少量炸药爆破），使支撑砼爆破后，仅产生裂隙；然后采用人工凿除。同时加强对基坑围护及土体位移的监测。

8.2.5 安全管理措施

1、项目经理作为项目上安全管理的的主要负责人，要爆破的工程由工程技术部出具技术上的可行方案。在爆破前对爆破人员进行必要的安全交底工作，执行爆破时爆破专业安全员必须在现场监督指导。

2、装药接线必须由指定工作人员操作，其他闲杂人等一律清清除出场，如有处理不当的，现场监督人员有权要求其停工。

3、爆破器材在出库前由质检部、机料部对炸药器材进行严格的检查，批准后方可出库。

4、在爆破准备工作完成之后，要上报监理工程师。得到认可后方可实施爆破。

5、爆破之前，由爆破队设置安全警戒区，专人把守，严禁闲散人员、车辆闯入。若有警戒设置不当，爆破办公室有权责令其停工。

6、具体爆破由爆破员亲自操作，爆破人员必须持有公安机关审批的爆破证明。

7、因特殊原因造成当天所装炸药未能起爆，夜间必须派多人严加看守现场，防止爆破物品的丢失。

8、在切断支撑后，若围护桩顶部位移过大或支撑出现变形等现象时，可采取加设临时钢支撑或在围护桩以外挖土以达到坑顶卸荷的应急措施。

9、在切断支撑后，若围护桩底部位移过大，可采取填埋砂袋、浇灌混凝土、堆载反压或临时钢管平撑的应急措施。

9.环保措施

9.1 成立对应的施工环境卫生管理机构，在工程施工过程中严格遵守国家和地方政府下发的有关环境保护的法律、法规和规章ISO 14002—(2000)环境管理标准，遵守《城市区域环境噪音标准》及废弃物处理的规章制度。

9.2 将作业限制在工程建设允许的范围内，合理布置、规范围挡，做到标牌清楚、齐全，各种标识醒目，施工场地整洁文明。

9.3 根据基坑周围的环境条件确定基坑的环境保护等级，采用相关方法预估基坑工程对周围环境可能产生的影响，并根据基坑周围环境对附加变形的承受能力确定基坑的变形控制指标。对施工中可能影响到的各种建筑物、公共设施制定可靠的防止损坏和移位的实施措施，必要时可对被影响的建（构）筑物及管线采取土体加固、结构托换、架空管线等防范措施。

9.4 实施过程中应对周围环境进行全过程监测，宜根据监测实时提供的数据对设计和施工进行动态调整。

9.5 爆破粉尘的控制措施

9.5.1 在支撑梁、防护架上洒水。

9.5.2 在离体防护层上覆盖棉毡并撒水，让防护层湿透，以过滤粉尘。

9.5.3 选择合适的天气爆破，避开大风天气，防止产生大量扬尘。

9.5.4 爆后清凿和清理碴土过程中，通过洒水防止产生扬尘。

9.6 爆破噪声控制措施。

9.6.1 严格控制单位耗药量和一次起爆药量。

9.6.2 实施毫秒多时段爆破。

9.6.3 堵塞质量和长度要符合要求，堵塞时要捣实。

9.6.4 加强覆盖，对爆破区域内炮孔上方覆盖沙袋。

9.7 废弃物回收利用措施

9.7.1 对现场材料堆场进行统一规划，对不同的进场材料设备进行分类合理堆放和储存，并挂牌标明标示，重要设备材料利用专门的围栏和库房储存，并设专人管理。在施工过程中，严格按照材料管理办法，进行限额领料。

9.7.2 支撑爆破后,钢筋及混凝土块将尽可能回收再利用。

10.效益分析

目前常规的支撑拆除方法是等到先行施工地下结构全部完成并完成换撑后才可进行支撑拆除，这就在一定程度上形成了技术间歇，不能形成空间流水施工，在大量工人参与的底下室结构施工中，因支撑拆除而造成的主体施工班组窝工的现象，影响了地下结构的施工速度、基坑的安全性性，也限制了支撑支护体系的推广应用。围护桩支撑支护体系采用分段爆破拆除的施工工法则充分发挥围护桩与支撑支护体系的空间整体协同作用，根据支撑体系实际受力状况选择分段段数，对支撑体系在爆破之前采用预切断，应力进行再分配；施工中分段爆破拆除支撑，分段施工地下结构，从而避免人员窝工，在发挥支撑支护体系优势的同时，也克服了因技术间歇而对施工进度造成的影响。避免了材料及人力浪费，在很大程度上能取得较好的经济、社会及环保效益。

10.1 以山东省人民医院新建病房楼为例：

采用传统一次性爆破拆除成本分析：

所需施工周期127天，钢管扣件租赁费、塔吊租赁费、管理人员工资合计729万元。

采用分段爆破拆除的施工工法后，实际所用施工时间94天，钢管扣件租赁费、塔吊租赁费、管理人员工资合计649.76万元。

对比两者可以看出，使用分段爆破拆除的施工工法后工期节省了33天，费用节省了79.24万元。

10.2 综合效益分析

深基坑钢筋混凝土内支撑分段爆破拆除施工工法，由于采用了分段拆除的施工技术，为施工作业人员提供流水施工的作业面，不仅有利于保证施工质量，加快施工进度，更重要的是消除了因支撑爆破带来的技术间歇，使得施工中能形成不间断流水施工，该工法充分体现了以科技为先导，安全做保障，以加快施工进度、减少资源浪费为发展方向，符合国家关于建筑节能工程的有关要求，有利于推进能源与建筑结合配套技术的研发、集成和规模化应用。

11.应用实例

11.1宁波香格里拉大酒店

11.1.1 工程概况

宁波香格里拉大酒店，位于宁波市江东区江东北路和百丈路交叉口，结构为框架筒体结构，建筑面积132586m2，2005年3月15日开工，2009年6月30日竣工， 基坑深度为15m，支护桩直径800mm，桩中心间距为1000mm，支护桩长22.1m，支护采用大部分两道局部三道钢筋混凝土支撑，支撑总混凝土量为5400m3，采取分段爆破拆除的施工技术。

11.1.2 实施效果

分段爆破拆除工作自2006年3月开始拆撑，到2006年7月结束，全部拆换撑工作持续4个月的时间。整个拆撑过程中基坑围护桩位移、支撑内力均未达到设计新增位移及内力报警值。支撑爆破拆除结束后经分析，该工程采用分段爆破拆除比一次性爆破拆除缩短了工期55天，节约周转材料租赁成本及避免人工窝工的费用共计105.5万。

11.2宁波江北区宁动5地块

11.2.1 工程概况

宁波江北区宁动5地块工程，位于宁波市江北区大庆南路和大闸南路交叉口，总建筑面积16万m2，框架剪力墙结构，2009年6月16日开工，基坑设两道钢筋混凝土内支撑，支撑总方量为6800m3，拆换撑时分为6个施工段，支撑拆除采取分段爆破拆除的施工技术。

11.2.2 实施效果

分段爆破拆除工作自2010年6月开始，到2010年9月结束，整个爆破拆除过程中支撑内力、围护桩位移等均未达到报警值，基坑较为安全，通过经济分析，比一次性拆除支撑，缩短了工期45天。直接节约了周转材料租赁费及施工人员窝工费84.6万元，在当地收到良好评价。

11.3 河南省人民医院新建病房楼工程

11.3.1 工程概况

该工程位于郑州市纬五路7号山东省人民医院院内，建筑面积118600m2，2010年6月21日开工，基坑周长423米，基坑占地面积10300m2，基坑深度为14m，支护桩直径1000mm，桩中心间距为1200mm，支护桩长26.2m，基坑支护形式为围护桩加两道钢筋混凝土内支撑，支撑总混凝土施工量4000m3，基坑南侧距离周边已有建筑物距离为1.7- 8.4m。支撑拆除采用分段爆破拆除的施工技术。

11.3.2 实施过程及效果

分段爆破拆除工作自2010年8月26日开始， 2010年11月30日结束，全部拆换撑工作持续3个月的时间。拆撑过程中基坑围护桩位移、支撑内力均未达到设计新增位移及内力报警值，且小于《建筑基坑工程监测技术规范》GB50497-2009要求。且爆破过程中进行了的震动测试，测试证明，爆破过程中震动很小，基坑周边建筑安全。

运用分段爆破施工技术后，比一次性拆除支撑，缩短了工期33天。直接节约了周转材料租赁成本及避免人工窝工的费用共计79.24万元，分段爆破成功实施在业界受到良好的评价。

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